Brevet FR2244578A1 — publié le 19750418

La présente invention concerne les procédés de façonnage des métaux par pression et plus précisément les procédés de production des pièces embouties. L'invention proposée peut être appliquée dans la construction des véhicules automobiles, des avions et dans l'industrie chimique de traitement des gaz. Le procédé conformément à l'invention peut etre appliqué pour la production de pieces tant à partir des métaux qu'à partir d'autres matériaux, des matières plastiques par exemple. Comme l'on connaît, les procédés d'emboutissage des pièces sont employés plus souvant en cas où il est nécessaire de fabriquer les réservoirs qui peuvent supporter la pression intérieure variant entre 10 et 500 atmosphères et meme dépassant ces valeurs. Les réservoirs susmentionnés doivent satisfaire aux conditions particulières en ce qui concerne leur résistance, et la fiabilité de service. En cas où on utilise lesdits réservoirs dans l'industrie d'avions, ils doivent satisfaire en plus aux conditions supplémentaireb en particulier les réservoirs doivent avoir un poids minimal. En regle générale, les ébauches desdits réservoirs sont embouties à partir des flans. Selon un procédé connu d'emboutissage des pièces, l'ébauche plane est emboutie en une, deux ou trois passes l'aide de matrice et de poinçon dont la forme correspond à la forme de la pièce à emboutir (sphérique, conique ou avec un fond plan). Selon le procédé connu d'emboutissages des pièces, l'ébauche plane est posée sur l'anneau de la matrice ayant la dimension de la pièce à emboutir, ensuite on exerce a pression à l'ébauche par l'intermédiaire du poinçon jusqu'à ce que le rayon prescrit soit obtenu dans la zone à former, autrement dit en conférant la forme requise à l'ébauche. En cas où il est nécessaire d'emboutir les ébauches en matériaux difficiles à déformer, par exemple en alliages de titane, l'emboutis- sage est réalisé en portant l'outil et les ébauches à une température élevée. Les inconvénients principaux du procédé connu d'emboutissage des pièces résident en ce que l'épaisseur de la paroi de la pièce ainsi obtenue est réduite à la partie de la coupole de la pièce. Cette réduction de l'épaisseur peut varier entre 20 et 30% de l'épaisseur initiale de l'ébauche à emboutir En cas d'emboutissage des pieces à une température élevée la réduction de l'épaisseur des parois de la pièce atteint 50% de l'épaisseur initiale de l'ébauche à emboutir. Cette réduction de l'épaisseur de la pièce résulte du fait qu'au début de l'emboutissage de la pièce le poinçon exerce sa pression seulement sur une petite surface de l'ébauche et il est indispensable d'appliquer un effort important pour amorcer la déformation de toute l'ébauche. A l'endroit du contact initial du poinçon avec l'ébauche, l'épaisseur de l'ébauche se modifie faiblement par suite des forces de frottement entre les surfaces desdits éléments mais on observe des réductions consi dérables de l'épaisseur des secteurs voisins. En prenant en considération la réduction de llépaisseur on utilise les ébauches, dont l'épaisseur est choisie sensiblement supérieure en vue d'assurer la résistance des réservoirs finis ce qui augmente le poids des pièces finies et conduit à la consommation de matériaux complémentaires. S'il est nécessaire de produire une pièce emboutie, dont le poids ne peut pas dépasser celui admissible, la pièce emboutie avec une épaisseur excédentaire est soumise à un usinage, par exemple au tournage des surfaces extérieure et intérieure de la pièce. L'usinage est un procédé nécessitant beaucoup de main-d'oeuvre et un équipement compliqué. En plus, les pièces qui ont subi l'usinage sont moins résistantes et fiables au service par rapport à celles fabriquées à partir d'une tôle. Cette particularité s'explique par le fait que la structure du matériau est détruite au cours du tournage. Le procédé connu d'emboutissage des pièces ne permet pas en outre d'obtenir des pièces à contour précisement prescrit car les pièces rondes deviennent elliptiques tant pres des bords que dans la section. Dans le but de corriger les défauts de la forme des pièces on a recours aux opérations nécessitant beaucoup de main-d'oeuvre et des frais notables qui n'assurent pas en plusieurs cas la précision requise des contours et clest pourquoi on assemble les pièces avec tension (soudage des demi-sphères avec tension) ce qui diminue la fiabilité des joints. Le' but de l'invention est de supprimer les inconvénients susmentionnés. L'on se propose de mettre au point un procédé d'emboutissage des pièces qui consiste en ce qu'au moment de la formation des contours des pièces il estréaliséune compression du matériau de l'ébauche de départ,stricte- ment orientéelce qui permettra d'obtenir les pièces embouties dans lesquelles l'épaisseur des parois n'est pas inférieure à celle de l'ébauche de départ et de produire les pièces à contours compliqués ne s'écartant pas de la forme prescrite. Le problème posé est résolu par le fait que,dans le procédé d'emboutissage des pièces selon lequel l'ébauche de-départ posée sur la matrice est soumise à l'action de la pression jusquVà,la formation du rayon de courbure prescrit dans la zone à emboutir, conformément à l'invention, dans la zone à former de l'ébauche est préalablement réalisée une courbure,son rayon étant inférieurau rayon prescrit susmentionné de la pièce finie, ensuite on applique la pression seulement aux bords frontaux de l'ébauche le long de la génératrice de-la section à courber il en résulte l'augmentation progressive du-rayon de courbure jusqu'à la valeur prescrite. A l'aide du procédé proposé, il est maintenant possible-de produire des pièces dans lesquelles l'épaisseur des parois n'est pas inférieure à celle du matériau de l'ébauche de départ ce qui permet de réduire le poids des pièces finies de 20 à 307 en comparaison avec les pièces produites à l'aide des procédés anciens, l'épaisseur minimale des parois étant identique,et donc de réduire la consommation de matériau de 30 à 50%. Le procédé proposé permet de produire les pièces à contours compliqués sans écart de la forme nominale et supprime par conséquent la nécessité d'ajuster et de calibrer les pièces. D'autres objets et avantages de- l'invention ressortiront mieux de la description détaillée du procédé et des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente la matrice sur laquelle se trouve l'ébauche de départ et le poinçon (position départ); - la figure 2, idem (début du procédé d'emboutissage); - la figure 3, idum (fin du procédé d'emboutissage). Conformément à L'invention, le procédé l'emboutissage des pié-- ces consiste en ce qu'avant de procéder à l'emboutissage de la pièce d'un profil requis l'ébauche est préalablement prépare de manière que le rayon de courbure de la zone à former, c'est-àdire le rayon de la jonction des parois et du fond de l'ébauche ou lé rayon due la jonction des ailes de l'ébauche soit inférieur au rayon de courbure requis dans la zone formée de la pièce finie. L'ébauche peut etre préalablement préparée à ltopération de formage ultérieure par exemple à l'aide d'emboutissage. L'ébauche préparée au préalable à l'aide du procédé susmentionné est posée dans la matrice et on applique la pression à l'ébauche par l'intermédiaire du poinçon. Du fait que la pression est appliquée, selon l'inven- tison, seulement aux bords frontaux de ltébauche suivant la génératrice de la section de courbure se produit non seulement la formation de la piece requise mais aussi une certaine augmentation de l'épaisseur des parois de a pièce à la suite de la compression strictement orientée du matériau. En plus, la force de compression, strictement orientée suivant la génératrice de la section de courbure, fixe la forme de la pièce puisqu'en ce cas l'effort redresseur, après qu'on cesse d'appliquer la pression, est orienté suivant la génératrice de la section de courbure de la pièce et non suivant la normale par rapport à cette génératrice ce qu'on constate en cas du procédé connu d'emboutissage des pièces. Ainsi, grace à ce qu'on a trouvé qu'il est avantageuxd'appliquer la pression pour l'emboutissage de la pièce strictement suivant la génératrice de la section de courbure, on a réussi à obtenir les pièces, dans lesquelles l'épaisseur des parois n'est pas inférieure à l'épaisseur du flan de l'ébauche de départ ce qui permet de réduire le poids des pièces car il est maintenant possible d'utiliser les ébauches avec une épaisseur minimale admissible des parois pour les pièces finies, la consommation du matériau utilisé étant alors diminuée. Du fait que l'effort redresseur est orienté après la supression de la pression suivant la génératrice de la section de courbure de la pièce, il est possible de produire maintenant les pièces avec des formes compli quées sans écarts de la forme requise et de supprimer la nécessité d'ajuster et de calibrer la forme des pieces finies. Exemple de la production de la demi-sphère. L'ébauche 1 en tôle, préalablement emboutie, dont le rayon de courbure R1 de la zone à emboutir est inférieur au rayon de courbure R2 de la demi-sphere à obtenir est posée dans la matrice 2 (figure 1). La forme et les dimensions de la matrice 2 sont identiques à celles de la pièce finie de la demi-sphère. On approche le poinçon 3 de l'ébauche 1 jusqu'a ce que sa surface active entre en contact des bords frontaux 4 de l'ébauche 1 (figure 2). La surface active du poinçon 3 est pourvue d'une saillie, la différence entre le diamètre extérieur du poinçon 3 et le diamètre de la saillie constituant alors l'épaisseur de ltébauche 1. L'emploi du poinçon de la forme susmentionnée permet de supprimer la perte de la stabilité des parois de la pièce à emboutir au cours du procédé d'emboutissage. Ensuite, on procède à L'emboutissage par pression. Vu que le poinçon 3 ne touche que les bords frontaux 4 de l'ébauche l > la pression d'emboutissage du poinçon 3 est orientée suivant la section de courbure de l'ébauche I Comme il ressort de la figure 3, l'ébauche 1 épouse la forme de la matrice 2 sous l'action de la pression exercée par le poinçon 3 c'est-à- dire le rayon de courbure R2 de la zone à emboutir de l'ébauche est égal au rayon de la demi-sphere à produire. Le procédé d'emboutissage étant terminé, le poinçon 3 est retiré de la matrice 2 et la demi-sphere 5 est enlevée de la matrice à l'aide de poussoir 6. L'épaisseur de la demi-sphère finie 5 mesurée à tous les points de sa surface n'est pas inférieure à celle du flan de l'ébauche de départ, tandis que la forme de la pièce finie est strictement précise. I1 est bien évident que les spécialistes peuvent apporter différentes modifications au procédé décrit exclusivement à-titre d'exemple aon limitatif sans sortir du cadre de l'invention R E V E N D I C A T I O N Procédé d'emboutissage des pièces, selon lequel l'ébauche de départ posée dans la matrice est soumise à la pression jusqu'a la formation du rayon de courbure prescrit dans la zone à emboutir, ce procédé étant caractérisé par le fait que, dans la zone å emboutir de l'ébauche, est préalablement réalisée la courbure, dont le rayon est inférieur audit rayon de courbure prescrit de la pièce à produire, ensuite on applique la pression seulement aux bords frontaux de l'ébauche suivant la génératrice de la section à courber, il en résulte-l'augmentation progressive du rayon de courbure jusqu'à la valeur prescrite.