Brevet FR2486540A1 — publié le 19820115

PROCEDE D'OBTENTION DE PIECES EMBOUTIES A CARACTERISTI4UES MECANIQUES AMELIOREES EN ALUMINIUM ET SES ALLIAGES L'invention est relative à un procédé d'obtention de pièces embouties en aluminium ou ses alliages à caractéristiques mécaniques améliorées. Les alliages d'Al destinés à ltemboutissage, en particulier, ceux correspondant aux séries 1000, 3000, 4000, 5000 suivant les désignations de la norme française NF A 01-101, sont souvent utilisés à l'état recuit ou encore à l'état recuit-plané, le planage donnant à la tale un allongement de 0,5 à 1 o. Ils présentent à cet état des caractéristiques de résistance relativement faibles associées à des caractéristiques de ductilité et d'emboutissage élevées. On a cherché à augmenter les caractéristiques de résistance par modification de la composition chimique de tels alliages ; il en résulte cependant une chute importante.des caractéristiques de ductilité et une plasticité résiduelle insuffisante pour subir, sans dommage,l'emboutissage à froid de pièces moyennement difficiles. Cette difficulté a été résolue par le procédé selon l'invention. I1 consiste à imposer à l'alliage à emboutir classique, généralement sous forme de produit plat (tôle, bande, ruban, flan, etc ...) à l'état simplement recuit un pré-écrouissage compris entre 2 et 5 %, avant l'emboutissage proprement dit. Ce pré-écrouissage s'accompagne d'un accroissement spectaculaire de la limite élastique (qui peut être multipliée par un facteur de l'ordre de 1,5 et pouvant même aller jusqu'à 3) sans perte notable de la ductilité et de l'emboutissabilité. Les autres caractéristiques habituelles telles qu la charge de rupture en traction,les courbes limites de formage et les coefficients d'anisotropie (coefficient de Lankford r) restent pratiquement inchangées. I1 en résulte que l'emboutissage d'une pièce donnée peut se faire sans difficulté avec les mêmes outillages et dans les mêmes conditions (sauf en ce qui concerne la puissance consommée) que pour l'alliage correspondant à l'état habituel, c'est-à-dire recuit ou recuit-plané. Les moyens généralement utilisés pour imposer à une tôle ou bande un écrouissage à froid de 0,5 à 1 Ó tels que par planeuse à rouleaux ne sont utilisables que dans la mesure où ils permettent de réaliser l'allongement visé (de 2 à 5 %) ce qui suppose par exemple l'application d'une contrainte longitudinale de traction Tt non négligeable devant la limite d'élasticité #. du matériau, ou encore l'utilisation d'un très grand nombre de rouleaux cintreurs. On peut en effet démontrer que l'allongement total t est sensiblement égal à où n est le nombre de cylindres cintreurs, Ri le rayon du cylindre i et ei l'épaisseur du produit au hiveau du cylindre i (formule valable lorsque ei # Ri, ce qui est généralement le cas). Bien sûr si le produit a déjà été préécroui, par planage par exemple, on en tient compte dans la valeur de l'allongement total imposé #t. Une alternative consiste à faire passer la bande de façon alternée sans glissement sur deux (ou plusieurs) cylindres à axes parallèles dont les vitesses circonférentielles sont légèrement différentes. Ainsi, si deux cylindres de rayons R1 et R2 (avec R2 > R1) sont animés de la même vitesse angulaire (#1 = #2), l'allongement subi par une bande passant successivement sans glissement sur les cylindres 1 et 2 est égal à = Log R2 # R2-R1 R1 R1 Avec le dispositif représenté sur la figure l,comportant deux cylindres 1 et 2 de rayons R1 et R2, sur lequel s'appuie sans glissement la bande 3, on peut obtenir les allongements donnés ci-après dans les conditions suivantes TABLEAU I Allongement : R1 = 2,5 cm : R1 = 10cm : R1= 30 cm :) #o ( ) 2 % R2 = 2,55 cm R2 = 10,20 cm R2 = 30,61 cm 5 % R2 = 2,63 cm R2 = 10,51cm: R2 = 31,54 cm ( : : : ) Un ordre de grandeur du couple C à appliquer à l'ensemble est obtenu par l'égalité des puissances de déformation plastique mises en jeu (allongement de la bande + deux cintrages + deux décintrages) et de la puissance extérieure. Dans le cas de l'alliage 3063, par exemple, pour une largeur de tB1é, de 1 m et une épaisseur de 1 mm, avec R1 = 10 cm et R2 = 10,20 cm ou 10,51 cm (tableau précédent), on obtient : C=40 daN x m pour ò = 2 , Ó =85 daN x m pour 6o = 5 Ces couples sont compatibles avec les installations industrielles existantes. I1 est possible de combiner l'allongement par cintrage sous tension longitudinale et I'allongement imposé selon la variante décrite cidessus pour obtenir le pré-écrouissage désiré. EXEMPLE Trois alliages d'aluminium d'utilisation courante en emboutissage ont été pris à l'état recuit sous forme de tôles de lmm d'épaisseur. Ils ont été écrouis par traction par allongement de 2 et 5 a. Les caractéristiques mécaniques (dans le sens long) et le comportement à l'emboutissage (testé par la capacité de rétreint et la capacité d'expansion) avant et après cette opération sont reportées dans le tableau II. On ne constate pas de différence de comportement à l'emboutissage profond (rétreint pur) entre les tôles recuites et les tôles pré-écrouies. On constate par contre une légère diminution de la capacité d'expansion à mesure que le pré-écrouissage augmente ; cette perte de pro- priété est liée à la baisse de la valeur du coefficient d'écrouissage n. les opérations de formage industriel visées faisant intervenir principalement une sollicitation en rétreint de la tôle, il apparaît que le faible écrouissage introduit (de 2 à 5 , Ó) ne modifie pas de façon appréciable le comportement à l'emboutissage des trois alliages testés, tout en augmentant considérablement les caractéristiques mécaniques de résistance (R et surtout Ro,2). Ce résultat peut être utilisé pour alléger les emboutis obtenus et réaliser une économie de matière ou à épaisseur de fond égal, augmenter la rigidité des emboutis. TABLEAU II ESSAI DIEMBOUTISSAGE Taux CARACTERISTIQUES MECANIQUES PROFOND ESSAI D'EXPANSION Alliage d'écrouissage à R Ro2 A% Coef. Anisotropis hauteur taux de hauteur de dôme à froid (%) (MPa) (MPa) 60mm d'écrouis. de godet cornes rupture (mm) (**) n r (*) (mm) % 0 105 27 42 0,30 0,50 23,9 10,0 23,4 1100 2 107 66 38 0,24 0,50 23,6 11,0 22,7 5 110 80 37 0,19 0,43 23,6 11,4 22,2 3003 0 129 56 30 0,25 0,50 23,4 10,1 18,0 2 132 79 28 0,17 0,52 23,3 9,6 17,8 5 135 98 29 0,12 0,54 23,2 10,1 17,4 5052 0 202 96 28 0,31 0,57 23,5 1,7 20,1 2 207 123 23 0,19 0,50 23,2 1,7 20,0 5 217 155 18 0,14 0,40 23,3 1,5 18,8 (*) Essai Swift : Godet cylindrique à fond plat de diamètre : 33 mm obtenu à partir d'un flan de 64 mm (rapport d'emboutissage @ 1,94) (**) Essai Jovignot : Calotte sphérique obtenue par gonflement hydraulique d'un flan de diamètre initial : 52 mm (flan bloqué). REVENDICATIONS 1/ Procédé pour obtenir des pièces embouties a caractéristiques mécaniques améliorées en aluminium ou ses alliages caractérisé en ce que le matériau initialement recuit subit un pré-écrouissage à froid compris entre 2 et 5 , Ó directement avant l'emboutissage proprement dit. 2/ Procédé selon la. revendication 1 caractérisé en ce que l'écrouissage est produit à l'aide de flexions multiples alternées. 3/ Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que lors du préécrouissage, le produit est soumis à une tension longitudinale inférieure à sa limite élastique. 4/ Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le matériau s'appuie successivement et alternativement sans glissement, sur des cylindres.dont la vitesse circonférentielle augmente de l'un à l'autre dans la proportion de l'allongement imposé. 5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le produit est plus soumis à une tension longitudinale inférieure à sa limite élastique.