Brevet FR2221201A1 — publié le 19741011

La présente invention a pour objet un outil, tel que poinçon ou matrice, destiné notamment au travail des métaux en feuilles. Cette invention vise aussi le dispositif comprenant deux outils complémentaires associés du genre considéré. On sait que les outils de découpe et d'emboutissage sont habituellement fabriqués par usinage de blocs métalliques massifs sur lesquels on réalise des lames de découpe ou des têtes de poinçon, Cet usinage est relativement long, notamment pour les outils de précision et rend donc particulièrement conteuse la fabrication de ce genre d'outils. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en permettant la réalisation d'un outil de coût considérablement réduit et dont la robustesse est néanmoins comparable à celle des outils habituels. Suivant l'invention,ltoutil destiné au travail des métaux en feuilles tel que poinçon ou matrice est caractérisé en ce qu'il comporte un bloc de matière plastique thermodurcissable et une partie métallique active fixée à ce bloc. Par "partie métallique active" on entend la partie de l'outil qui travaille effectivement la feuille métallique. Pour un outil de découpe il s'agit de la (ou des) lame(s) qui découpe(nt) la feuille métallique selon le profil désiré. Pour un outil d'emboutissage il s'agit des parties de la matrice et du poinçon qui entrent effectivement en contact avec la feuille métallique. Cette partie métallique active est usinée séparément puis montée sur le bloc de matière plastique. Cet usinage est plus aisé et beaucoup moins coûteux que celui d'un bloc métallique massif. Le coût des blocs de matière plastique thermodurcissable étant d'autre part très faible, on comprend que le prix de revient de l'outil visé par l'invention est réduit dans une proportion très importante par rapport à celui des outils connus. Suivant un premier mode de réalisation de l'invention destiné à l'emboutissage des feuilles métalliques, l'outil est un poinçon ou une matrice dont la partie active comprend une feuille métallique coiffant le bloc de matière plastique. Suivant un second mode de réalisation de l'invention, destiné à la découpe des feuilles métalliques, la partie métal lique active de l'outil comprend au moins une lame partiellement noyée dans le bloc de matière plastique thermodurcissable. Ce dernier est avantageusement constitué par de la résine époxy qui présente la résistance mécanique nécessaire. Ce genre de matière plastique offre ainsi à la lame une assise d'une solidité suffisante pour lui permettre d'effectuer convenablement la découpe voulue. D'autres particularités et avantages de l'invention apparattront encore au cours de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs Ou a représenté plusieurs réalisations de l'outil visé par l'invention. - La Figure I est une coupe axiale d'une première réalisation d'un dispositif d'emboutissage comprenant un poinçon et une matrice conformes à l'invention. - La Figure 2 est une coupe axiale d'un dispositif de découpe comprenant un poinçon et une matrice conformes à l'invention. - Les Figures 3 et 4 sont des vues en plan du dispositif de la Figure 2, montrant respectivement la matrice et le poinçon. - La Figure 5 est une vue en coupe axiale suivant V-V de la Figure 6 montrant une seconde réalisation du poinçon d'emboutissage. - La Figure 6 est la vue de dessus avec arrachements partiels du poinçon de la Figure 5. - La Figure 7 est une vue en coupe axiale suivant VII VII de la Figure 8 et montre une seconde réalisation de la matrice d'emboutissage. - La Figure 8 est une vue de dessus de la matrice de la Figure 7. En se reportant à la Figure 1 on voit un dispositif d'emboutissage conforme à l'invention qui comprend un poinçon 1 et une matrice 2 disposée sous ce poinçon. Le poinçon 1 comporte un bloc 3 de matière plastique thermodurcissable et une partie métallique active au sens défini plus haut. Cette dernière est constituée par une coquille métallique 4 coiffant le bloc de matière plastique 3 et fixée à celuici par exemple par collage. La matrice 2 comprend de manière analogue un bloc de matière plastique 5 sur laquelle est fixée une coquille métallique 6. La coquille 6 présente une partie centrale en cuvette 6a adaptée pour recevoir la coquille 4 du poinçon. La partie 6a est entourée par un rebord annulaire 6b. Les coquilles 4 et 6 sont de préférence en nickel, les blocs 3 et 5 étant avantageusement réalisés en résine époxy. Ce genre de résine présente en effet les qualités mécaniques nécessaires à la réalisation d'un outil suffisamment robuste. Le bloc de# matière plastique 5 repose sur une plaque métallique de base 7 perforée de trous tronconiques 8 et portée par une table 9. Les trous 8 sont remplis par la matière plastique so lidifiée constituant le bloc 5 au moment de la coulée de celleci sur la plaque de base 7. Leur conicité permet de solidariser le bloc 5 de sa plaque de support 7. De manière similaire le bloc de matière plastique 3 du poinçon 7 est ancré à une plaque métallique de support Il grâce à des trous tronconiques 12 ménagés dans cette plaque et remplis de matière plastique. La plaque Il est montée sur des presse-flans 13 par l'intermédiaire de moyens de rappel élastique constitués dans l'exemple décrit par des ressorts 14o Pour la clarté du dessin le poinçon 1 a été décalé par rapport à la matrice 2 mais en cours d'emboutissage les presseflans 13 prennent évidemment appui sur le rebord annulaire 6b. Un nez de centrage 15 engagé axialement dans la plaque Il et solidaire d'un coulisseau non représenté complète le dis positif-de poinçonnage. Ce dispositif peut ainsi 8tre déplacé verticalement au-dessus de la matrice 2 et l'emboutissage exécuté de façon connue en elle-m#me. La feuille métallique (non représentée) est disposée sur la coquille 6, ses bords prenant appui sur le rebord 6b. On abaisse ensuite le poinçon 1 jusqu'à ce que les presse-flans 13 entrent en contact avec le pourtour de la feuille. A partir de ce moment les sollicitations contraires des ressorts de rappel 14 s'opposent à la descente du poinçon 1 vers la partie femelle 6a de la coquille, de même que la résistance de la feuille métallique à emboutir. En fin d'emboutissage lå partie centrale de cette feuille présente une forme en cuvette analogue à celle de la cuvette 6a. Lorsqu'on supprime l'effort exercé par le poinçon 1, les presse-flans#13 continuant d'appliquer le bord de la feuille sur le rebord 6b, les ressorts de rappel 14 remontent le bloc 3 et la coquille 4 en position haute de façon que la coquille 4 se stabilise légèrement au-dessus du niveau du rebord 6b. Enfin pour évacuer la feuille emboutie on relève l'ensemble du poinçon 1. A titre indicatif les pressions exercées par un poin çon sur une matrice d'emboutissage sont couramment de l'ordre de 30 kgf/cm2. Ces pressions sont aisément supportées sans déformation par une matière plastique tnermodllro s irie telle que la résine époxy dont sont constitués de préférence les blocs 3, 5. Le poinçon 1 et la matrice 2 réalisés par l'invention présentent donc la solidité nécessaire pour résister aux efforts d'emboutissage pendant un très grand nombre de manoeuvres. De plus, comme on l'a déjà mentionné plus haut, ces outils sont d'un coût particulièrement réduit par rapport à celui des outils habituels taillés dans des masses métalliques L'outil de découpe représenté aux Figures 2 à 4 comprend un poinçon 15 et une matrice 16. Pour simplifier les dessins on n'a pas représenté les supports et les moyens de guidage de l'outil. te poinçon 15 comprend une partie métallique active constituée par une lame cylindrique centrale 17 et une lame extérieure 18. Ces lames 17, 18 sont partiellement noyées dans un bloc de matière plastique thermodurcissable 19 telle que de la résine époxy, ce bloc 19 étant moulé dans une cuvette métallique 21. Cette dernière présente des orifices 22 au nombre de deux dans l'exemple décrit, ménagés de part et d'autre des lames de découpe 17, 18. Le bloc 19 est corrélativement-traversé par des tubes cylindriques de centrage 23 coaxiaux aux orifices 22 et destinés à recevoir des tiges de guidage non représentées. La matrice 16 comprend des lames métalliques de découpe 24, 25 de contour correspondant à celui des lames 17, 18 mais ajustées de façon que ces dernières puissent coulisser à l'intérieur des lames 24, 25 quand le poinçon 15 est abaisse. La matrice 16 comporte également de manière similaire au poinçon 15, un bloc de matière plastique 26 enrobant les lames 24, 25, traversé par des tubes 27 disposés en regard des tubes 23 du poinçon 15, et moulé dans une cuvette métallique de support 28. Des éjecteurs élastiques 29 de préférence en élastomère et dont le rale sera expliqué plus loin sont disposés sur le bloc 26 entre les lames 24, 25 et le long de la lame extérieure 25. Ils sont agencés de façon qu'ils puissent s'adapter au tracé de. la lame 25 qui délimite le périmètre de la feuille métallique à découper. L'éjecteur 29a par exemple présente une partie arrondie épousant la partie arrondie de la lame 25 située en regard. L'épaisseur de ces éjecteurs 29 est choisie de façon que leur surface supérieure soit à un niveau légèrement supérieur à celui des arêtes des lames 24, 25. La cuvette 28 présente un orifice central circulaire 31 dont le diamètre est égal au diamètre intérieur de la lame cylindrique 24,des orifices latéraux 60 en regard des tubes 27. Le dispositif de découpe des métaux en feuilles ainsi décrit fonctionne de la manière suivante On place la feuille métallique à découper 32 Sig. 2) sur les éjecteurs 29 puis on abaisse le poinçon 15. La pression exercée sur la feuille 32 par les lames 17, 18 comprime les éjecteurs 29 de sorte que la feuille 32 est abaissée jusqu' au niveau des lames 24, 25. La pression exercée par le poinçon 15 continuant à augmenter, les lames 17, 18 découpent la feuille 32 et s'engagent à l'intérieur des lames 24, 25. En fin de découpe la partie centrale de la feuille 32 tombe dans l'orifice 31 par où elle est évacuée et les éjecteurs 29 exercent sur la feuille découpée une poussée vers le haut qui tend à la ramener à son niveau initial. On relève alors le poin çon 15 et on obtient le produit constitué par une feuille métallique présentant un orifice central circulaire et un périmètre correspondant à celui de la lame extérieure 25. Bien entendu les contours des lames 17, 18, 24, 25 de l'exemple décrit ne présentent aucun caractère limitatif et dépendent des spécifications particulières de la feuille métallique que l'on veut obtenir. La réalisation des Figures 5 et 6 montre un poinçon cylindrique d'emboutissage aménagé pour exercer des efforts particulièrement élevés, par exemple pour l'emboutissage de tales épaisses. A cet effet une particularité de l'invention prévoit des tubes de renforcement 33, au nombre de deux dans cet exemple. Ces tubes 33 traversent latéralement le bloc de matière plastique 34 et sont fixés d'une part à la coquille métallique 35 et d'autre part à la plaque de support 36. La fixation à la coquille 35 est assurée par embo#te- ment des tubes 33 dans des collerettes intérieures 37 de la coquille 35 et complémentairement par dépôt électrol- -t que de métal sur ces collerettes 37 et sur la base des tubes 33. Les autres extrémités des tubes 33 sont ménagées en forme d'entonnoirs 38 engagés dans des orifices correspondants de la plaque de support 36. La partie supérieure de ces orifices est taraudée pour y permettre l'introduction de bouchons filetés de fermeture 39. Ces bouchons 39 sont traversés axialement par des cheminées 41 prolongées par des trous de section polygonale 40 pour le vissage des bouchons 39. Les cheminées 41 sont destinées à l'évacuation des bulles gazeuses qui remontent de la masse plastique formant le bloc 34 au cours de sa solidification. La base des tubes 33 est percée de trous 10 permettant la coulée de la matière plastique à l'intérieur de ces tubes 33. Le poinçon est également renforcé vers le centre de la coquille 35 par des éléments d'ancrage de celle-ci dans le bloc 34. Dans l'exemple décrit ces éléments sont constitués par des tiges métalliques 42 à extrémités recourbées fixées à la coquille 35 par exemple par soudage ou dépôt électrolytique et noyées dans le bloc de matière plastique 34. La plaque de support 36 dans laquelle sont ménagés des trous de coulée 20 pour la matière plastique est montée à coulisse sur des colonnes de guidage verticales 43 engagées dans une plaque de base 44. Des écrous 45 vissés sur les extrémités filetées des colonnes 43 limitent vers le haut de manière réglable la course de la plaque 36. Le poinçon comporte des moyens de rappel élasttiue corae dans la réalisation précédente. Selon une particularité de l'invention ces moyens sont constitués dans cette réalisation par des empilements 46 de rondelles 47 en élastomère coaxiales aux colonnes de guidage 43. La matrice d'emboutissage cylindrique représentée aux Figures 7-8 est également prévue pour résister à des efforts par ticulierement importants et peut donc Aetre avantageusement associée au poinçon des Figures 5-6. Cette matrice comprend dans sa partie centrale quatre tubes 48 reliant la coquille 49 à la plaque de base 51 dans laquelle sont ménagés des trous de coulée 30. Ces tubes 48, semblables aux tubes 33 du poinçon de la Figure 5, sont entièrement remplis de matière plastique. Leur obturation du côté de la plaque de base 5 est assurée par des bouchons filetés 52. La matrice comporte également dans 11 exemple décrit quatre dispositifs de renforcement latéraux 53 décalés de 90 degres et reliant le rebord 49a à# la plaque de base 51. Chaque dispositif 53 comprend un tube métallique de liaison 54 entre la coquille 49 et la plaque 51, Ce tube 54 est de préférence encastré dans le rebord 49a et fixé d'autre part à la plaque 51 par exemple par soudage. Il présente des trous 55 pour son remplissage par la matière plastique constituant le bloc 56. Une rondelle obturatrice 57 est soudée intérieurement au tube 54 et à la plaque de base 51, des goupilles de centrage 58 étant d'autre part engagées à coulisse dans la rondelle 57 a travers la plaque 51. Ce dispositif de renforcement 53 est complété par une vis de maintien 59 traversant la plaque de base 51 et vissée dans la rondelle 57 coaxialement au tube 54. Les divers moyens de renforcement prévus pour le poinçon et la matrice des Figures 5 à 8 qui viennent d'être décrits n'élèvent pas de manière appréciable le cout de l'outil. Ces réalisations perfec tionnées de l'invention restent donc particulièrement avantageuses par rapport aux outils d'emboutissage habituellement utilisés. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et peut comporter des variantes d'exécution dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi les tubes de renforcement 33 et 48 des Figures 5 et 7 peuvent être en nombre quelconque et pourraient être remplacés par des barres métalliques. De même les tiges d'ancrage 42 peuvent présenter une forme quelconque et être remplacées par d'autre type d'éléments d'ancrage. Les coquilles 4, 6, 35, 49 peuvent autre réalisées en un métal autre que le nickel, par exemple un alliage nickel-cobalt présentant une dureté supérieure à celle du nickel (jusqu'a' 200 Eg/mm2 environ) Comme on l'a mentionné ci-dessus, le nickel est préféré pour l'application visée par l'invention, en raison de la facilité de réalisation des coquilles de matrice et de poinçon en nickel par électroformage, et en raison de sa dureté (150 Eg/mm2). Les deux arêtes circulaires concentriques 61, 62 de la coquille 49 (Fig.7-8) peuvent être avantageusement renforcées par des fils métalliques d'acier de préférence, déposés à la surface de la coquille 49 selon une technique connue en elle#meAme. Ces fils améliorent la résistance à l'usure des arêtes d'attaque 61, 62. On peut évidemment adopter des dispositions similaires pour les autres modes de réalisation des matrices et poinçonsd'emboutissage prévus par l'invention. REVENDICATIONS 1. Outil tel que poinçon ou matrice destiné au travail des métaux en feuilles, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc de matière plastique thermodurcissable et une partie métal'~ue active fixée à ce bloc. 2. Outil conforme à la revendication 1, constituant un poinçon ou une matrice et caractérisé en ce que la partie métallique active comprend une coquille coiffant le bloc- de- matière plastique. 3. Outil conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de renforcement traversant le bloc de matière plastique. 4. Outil conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le bloc de matière plastique est fixé à une plaque métallique de support et en ce que au moins deux tubes de renforcement traversent le bloc de matière plastique, ces tubes étant fixés d'une part à la coquille métallique et d'autre part à la plaque de support. 5. Outil conforme à l'une des revendications 3 et 4 à usage principalement de poinçon, caractérisé en ce qu il comprend des éléments d'ancrage de la coquille métallique noyés dans le bloc de matière plastique et constitués par exemple par des tiges métalliques à extrémités recourbées. 6. Outil conforme à l'une des revendications 3 à 5 à usage principalement de poinçon, comportant des colonnes de guidage et des moyens de rappel élastique, caractérisé en ce que les moyens de rappel sont constitués par des empilements de rondelles en matière plastique telle qu'un élastomère,coerondelles étant coaxiales aux colonnes de guidage. 7. Outil conforme à l'une des revendications 3 et 4, à usage principalement de matrice, caractérisé en ce qu il comprend au moins deux dispositifs de renforcemerlt latiraux, chaque dispositif comportant un tube reliant la coquille métallique à la plaque de support, une rondelle soudée intérieurement au tube et à la plaque de support, des goupilles de centrage engagées dans la rondelle à travers la plaque et une vis de maintien engagée dans la rondelle coaxialement au tube et à travers la plaque de support. 8. Outil conforme à la revendication 1 pour la découpe des métaux, caractérisé en ce que la partie active comprend au moins une lame métallique partiellement noyée dans le bloc de matière plastique. 9. Outil conforme à la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des éjecteurs élastiques fixés sur le bloc de matière plastique au voisinage de la lame métallique. 10. Outil conforme à l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la plaque métallique supportant le bloc de matière plastique est perforée de trous pour la coulée de la matière plastique. 11. Outil conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le bloc de matière plastique thermodurcissable est constitué par une résine époxy. 12. Outil conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la coquille est réalisée en un métal de dureté suffisante, tel que le nickel. 13. Outil conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que des fils métalliques notamment en acier sont fixés aux arêtes d'attaque de la matrice et/ou du poinçon. 14. Dispositif d'emboutissage des métaux en feuilles comprenant une matrice et un poinçon, caractérisé en ce que cette matrice et ce poinçon comprennent chacun un bloc de matière plastique thermodurcissable et une coquille métallique coiffant ce bloc. 15. Dispositif de découpe des métaux en feuilles comprenant une matrice et un poinçon, caractérisé en ce que cette matrice et ce poinçon comportent chacun au moins une lame métallique de découpe fixée à un bloc de matière plastique thermodurcissable.