Brevet FR2510916A1 — publié le 19830211

La présente invention se rapporte plus préci- sément à un perfectionnement apporté lors du réemboutissage d'une pièce en forme de cuvette comportant une collerette périphérique, sous la forme d'une botte allongée et elle a trait en particulier à l'utilisation d'un élément annulaire de frottement glissant qui maintient la collerette pendant l'opération de réemboutissage et qui permet un fluage de la matière vers les zones de matrice pour éviter des contrain- tes excessives sur le fond de boîte pendant une opération de profilage De même, avec un amincissement en cours d'embou- tissage, la botte n'est pas rompue dans la zone o l'amincis- sement est effectué Finalement, en éliminant les ruptures provoquées par le nez du poinçon tangentiellement à l'arron- di dudit nez, il est possible d'avoir de plus grands rapports de réduction lors du réemboutissage sans qu'il se produise u- ne rupture de la botte. On a utilisé différents types de presses pour produire des récipients métalliques minces, tels que ceux for- més d'une tôle métallique cylindrique emboutie qui ont habi- tuellement des dimensions longitudinales plus grandes que les dimensions latérales De tels appareillages permettent aisé- ment de produire des bottes à la cadence de 100 à 125 par mi- nute et ils utilisent un certain nombre de postes Typique- ment il est prévu un poste o ont lieu un découpage de flan et un profilage d'une partie en forme de cuvette, un autre poste pour le réemboutissage, un autre poste pour le réembou- tissage et le profilage de fond et un quatrième poste pour é- bavurer la collerette jusqu'à un diamètre prédéterminé, com- me décrit par exemple dans le brevet US 4 262 510 Le réci- pient est décrit dans la demande de brevet français 81 23 881. Ce type d'appareil ne donne pas entièrement sa- tisfaction lors de la production de boîtes à partir d'une tô- le ayant subi un seul laminage ou bien d'une matière premiè- re de plus faible coût qui a subi un double laminage à froid et qui présente une caractéristique d'allongement biaxial re- lativement faible, approximativement de 14 % ou moins Comme la tôle ayant subi un double laminage à froid est relative- ment peu coûteuse, il est souhaitable de fabriquer des bot- tes à partir de cette matière uniquement pour cette raison. Malheureusement, le fond de la botte a tendance à se rompre pendant l'opération de profilage du fond Cela est imputé au plissement non contrôlé de la collerette périphérique qui reste sur la partie en forme de cuvette après l'opération pré- cédente On sait que le plissement incontrôlé de la colleret- te périphérique empêche le fluage de la matière vers la matri- ce par un blocage de cette matière au niveau du manchon de ré- emboutissage Il en résulte que la paroi latérale et/ou le fond de la cuvette sont soumis, pendant l'opération de pro- filage du fond, à une contrainte excessive qui peut provoquer une rupture du fond Pour des matériaux plus épais et plus coûteux, qui ont des caractéristiques d'allongement relative- ment élevé dans des conditions de sollicitation, des contrain- tes s'exerçant sur le fond de la botte pendant l'opération de profilage de fond sont partiellement compensées par l'al- longement de la matière. Par le passé, des tentatives d'élimination du plissement de collerette ont consisté à utiliser une confi- guration de matrice à emboîtement Cette configuration a é- té réalisée à partir d'acier trempé pour machine-outil ou bien d'outils comportant des éléments rapportés en carbure. Cependant cette conception nécessite des outils spéciaux et un travail particulier pour assurer leur fabrication en pra- tique du fait des frais élevés d'investissement et d'entre- tien. Des matrices à emboîtement de type connu com- portent une partie qui est dirigée vers le haut dans la zone adjacente à l'arrondi extérieur du-manchon de réemboutissage. Cette partie est utilisée pour contrôler le plissement de la matière quand celle-ci flue en passant sur cet arrondi ex- térieur pour pénétrer dans l'intervalle existant entre le man- chon de réemboutissage etdela surface extérieure de la matrice. De telles matrices à emboîtement sont utilisées principale- 3 2510916 ment pour contrôler le fluage du métal sur le manchon de réemboutissage mais elles ne sont pas normalement conçues pour supprimer le plissement de la collerette avant l'attein- te de l'arrondi extérieur du manchon de réemboutissage Dans un processus o le plissement imputable à un planage de la collerette doit être réduit, il est important que la charge exercée ne s'ajoute pas à celle engendrée dans les autres o- pérations de formage car il se produirait alors une augmen- tation des charges En conséquence, l'invention a pour but de fournir un moyen à l'aide duquel on puisse réduire au mi- nimum les charges maximales et éviter les contraintes exces- sives. L'invention a en conséquence pour but princi- pal d'améliorer le réemboutissage de pièces métalliques en forme de cuvette relativement minces, formées d'une matière qui a subi un double laminage et qui possède des caractéris- tiques d'allongement relativement faibles. L'invention a également pour but de fournir un appareil de réemboutissage de cuvettes permettant de mainte- nir la collerette périphérique formée sur une cuvette cons- tituée d'une matière métallique relativement mince, en per- mettant ainsi au métal de fluer le long du fond et de la pa- roi latérale de la cuvette. L'invention a en outre pour but de fournir un procédé nouveau et économique de réemboutissage d'une cu- vette comportant une collerette périphérique et de former ainsi un fond profilé sans qu'il se produise de dommage dans le fond ou la paroi latérale de la cuvette. Conformément à la présente invention, il est prévu un élément annulaire servant à exercer un frottement glissant sur la collerette, cet élément étant coaxial à l'é- lément de matrice qui se déplace par rapport à un poinçon et à un manchon de réemboutissage de manière que la collerette périphérique de la cuvette soit maintenue pendant l'opéra- tion de réemboutissage et permettre à la matière de fluer vers la matrice autour de l'élément de frottement glissant sur la collerette annulaire, en évitant ainsi la génération, dans la paroi latérale ou le fond de la cuvette, de contrain- tes excessives capables de provoquer une rupture du métal, notamment au cours du profilage du fond. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la des- cription, donnée à titre d'exemple non limitatif, en réfé- rence aux dessins annexés dans lesquels: Fig 1 représente un appareil d'emboutissage de cuvette de type connu. Figs 2, 3 et 4 sont des vues en coupe latéra- le montrant la séquence des opérations exécutées par l'ap- pareil de réemboutissage conforme à la présente invention. Fig 5 est une vue en coupe partielle à échel- le agrandie montrant les détails de l'élément de frottement glissant sur la collerette annulaire, conformément à la pré- sente invention. Fig 6 est une vue en perspective partielle de l'élément de frottement glissant sur la collerette annulai- re, et Fig 7 est un graphique de comparaison des ca- ractéristiques de charge de l'appareil de type connu avec l'appareil conforme à l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un appareil de réemboutissage de cuvette 10 de type connu La cuvette est formée d'une matière 11 qui, dans le-mode préféré de réalisation, a subi un double laminage à froid et qui pré- sente une caractéristique d'allongement biaxiald'environ 14 % ou moins L'opération de réemboutissage est effectuée dans la presse décrite dans le brevet US 4 262 510 mentionné ci- dessus, par déplacement d'une matrice 12 par rapport à un poinçon 14 et à un manchon de réemboutis sage 16 Le manchon de réemboutissage est prévu pour assurer le centrage et pour appliquer une pression à la tôle 11 pendant le réemboutissa- ge Il est à noter que la collerette périphérique 17 de la cuvette est plissée du fait du refoulement de métal qui s'- est produit dans l'opération d'emboutissage ou de réemboutis- sage précédente On a trouvé que ce plissement de la colle- 2510916 rette empêche la matière de fluer vers la zone située entre le manchon de réemboutissage 16 et la matrice 12 pendant l'opé- ration de réemboutissage Il en résulte que, lorsqu'un élément de profilage 18 est déplacé jusque contre le fond de la cuvet- te pour former le profil de fond, une rupture 19 peut se pro- duire dans le fond de la cuvette. Sur les figures 2, 3 et 4, on a représenté séquen- tiellement les différentes opérations effectuées par l'appa- reil de réemboutissage 20 conforme à la présente invention, des références numériques identiques désignant des éléments semblables On peut voir qu'un élément 30 frottant sur la col- lerette annulaire, est monté à la partie supérieure de la ma- trice 12 de façon à se déplacer avec elle Cet élément de main- tien de collerette 30 est fixé sur la matrice 12 d'une maniè- re appropriée, par exemple à l'aide de plusieurs boulons de retenue 31 (figure 6) On se rend compte que, lorsque l'élé- ment 30 se déplace vers le haut par rapport au poinçon 14 et au manchon de réemboutissage 16. La collerette périphérique de la cuvette est sou- mise à un frottement dirigé vers le haut et est maintenue par l'élément 30 et le manchon 16 de telle façon que son plisse- ment est empêché et qu'elle peut se déplacer librement en di- rection de la zone située entre le manchon de réeînboutissage 16 et la matrice 12 En même temps la matière 1 l peut fluer pour pénétrer dans la matrice de façon à renforcer le fond de la cuvette, en évitant ainsi des contraintes excessives dans la paroi latérale amincie ou dans le fond pendant l'opération de profilage de celui-ci Il en résulte que la paroi latéra- le n'est affectée par aucune tendance au déchirement et éga- lement que le fond de la cuvette n'a pas tendance à se rompre. En considérant maintenant la figure 5, on voit qu'on a représenté en vue en coupe à échelle agrandie un au- tre mode de réalisation de l'appareil selon l'invention pour mieux illustrer son fonctionnement Les parties semblables ont été désignées par des références'numériques identiques à celles des figures 2 à 4, elles ont des dimensions identi- ques dans le cas d'une matière équivalente. 6 2510916 On utilise une matière première qui est formée d'une tole métallique ayant une épaisseur d'environ 0,18 mm et qui porte sur les deux côtés des revêtements organiques d'une épaisseur totale de 0,012 mm, de sorte que l'épaisseur totale est d'environ 0,19 mm avant emboutissage Cependant dans la zone de collerette, l'épaisseur totale est d'environ 0,25 mm du fait de l'épaississement produit par le formage. La t 6 le est d'abord emboutie par l'intermédiaire du poinçon 14 et de la matrice 12 qui répartit la matière autour du poin- çon fixe 14 La t 6 le 11 a la forme d'une partie de cuvette limitée par un arrondi formé par le bord 12 b de la matrice La collerette périphérique 17 avance en direction de l'élément de maintien à glissement 30 par suite de l'effet du poinçon 14 et de la matrice 12 et ensuite la collerette périphérique 17 entre en contact avec l'élément de maintien 30 et avec une partie arrondie 33 de celui-ci, qui exerce un frottement pa- rallèle sur la partie périphérique 17 de manière à la rendre coaxiale au manchon de blocage 16 L'arrondi 33, dans cet au- tre mode de réalisation a un rayon d'environ 0,23 mm Pris du point o l'arrondi 33 devient tangent à la verticale et au-des- sous de ce point, l'élément de maintien de collerette prend une conicité dirigée vers l'extérieur et correspondant à un angle ci d'environ 30, comme indiqué sur la figure 5 Cette partie conique s'étend jusqu'à une rainure de dégagement 34 qui a une profondeur d'environ 0,12 mm La rainure 34, descend à partir du bas de ladite partie conique à angle c roi latérale de l'élément de maintien de collerette 30 jusqu'à un chanfrein 35 qui est placé à la base de l'élément 30 dans une zone adjacente à la matrice 12 en vue de contribuer encore à supporter la tôle 11 quand celle-ci passe autour de l'arron- di extérieur 36 du manchon de réemboutissage 16 Ce chanfrein facilite le contrôle du mouvement de la tôle entre le manchon 16 et la face de matrice 12 a L'arrondi extérieur 36 du manchon d'emboutissage 16 a un rayon de 0,2 mm Le chanfrein 35 est ty- piquement à 45 , et il est placé de telle sorte que le jeu en- tre l'arrondi 36 et le chanfrein est d'environ 0,3 mm au point 7 2510916 de flexion maximale de la t 3 le qui se trouve entre les points de l'arrondi 36 qui sont à tangente verticale/horizontale. En fonctionnement, la tôle Il est contrôlée, lorsqu'elle est infléchie entre l'arrondi 33 de l'élément de maintien 30 et les côtés du manchon d'emboutissage 16 avec un jeu semblable de 0,3 mm La rainure 34 a pour effet de di- minuer la tension quand la tôle Il passe entre l'élément de maintien 30 et le manchon 16, en réduisant ainsi au minimum la charge exercée sur la matière lorsque cette charge est i- nutile Le contrôle additionnel établi par le chanfrein 35 à la base de l'élément de maintien par glissement de collerette augmente le degré de contrôle exercé sur le métal et empê- che un plissement dans l'arrondi 36 du fait que la flexion du métal en ce point est produite sous l'effet de la pression ré- sultant de la réduction du jeu entre le chanfrein 35 et le manchon 16 Il serait souhaitable en théorie de suivre la cour- bure de l'arrondi 36 dans la zone du chanfrein 35, mais cela n'est pas possible en pratique, car il en résulterait que le bord biseauté du chanfrein 35 serait affaibli dans la zone o l'élément de maintien de la collerette rejoint la surface de blocage 12 a de la matrice d'emboutissage En conséquence, on a choisi un chanfrein 35 plutôt qu'un arrondi partiel sans bord biseauté. La figure 7 est une représentation graphique don- nant les caractéristiques de charge du poinçon en fonction du temps pendant les opérations de réémboutissage et de profila- ge de fond de la cuvette On a représenté en trait plein par X la courbe caractéristique de charge d'un dispositif ne com- portant pas l'élément de maintien de collerette annulaire On a représenté en trait interrompu par la courbe Y la caracté- ristique de sollicitation par le poinçon en fonction du temps lorsqu'on utilise l'élément de maintien de collerette-annu- laire conforme à l'invention Il est à noter que dans le cas de l'invention, la charge maximale du poinçon est réduite par com- paraison à la charge du poinçon sans maintien de la colleret- te par glissement La charge maximale est produite dans la der- 8 2510916 nière partie de l'opération de profilage de fond Il est con- nu que cela est imputable au contrôle de la collerette péri- phérique 17 pendant l'action de maintien par glissement à l'aide de l'élément 30 Comme ce processus se produit avant le profilage du fond, le fluage de la matière de la paroi latérale en direction du fond réduit les contraintes pendant cette dernière opération Il en résulte que la charge de crê- te exercée sur la tôle est diminuée pendant l'opération de profilage de fond. Conformément à la présente invention,il est pos- sible de réaliser par emboutissage et amincissement de métal une cuvette à partir d'une tôle qui a subi un double lamina- ge à froid et qui présente une caractéristique d'allongement relativement faible pour former un récipient comportant un fond en forme de/i 8 me, sans que des contraintes excessives soient engendrées le long de la paroi latérale et dans le fond dudit récipient Il est à noter que le procédé et appareil se- lon l'invention permettent d'effectuer l'opération de formage avec le minimum de frais et sans avoir à faire intervenir un équipement compliqué, des outils coûteux et un travail diffi- cile Par exemple, la présente invention peut spécifiquement être utilisée dans la troisième opération d'une presse parti- culière Les spécialistes en la matière apprécieront que l'in- vention pourrait être utilisée pendant une opération précé- dente de réemboutissage ou bien avec une presse différente. 9 2510916 REVENDICATIONS 1 Appareil pour le réemboutissage d'une pièce en forme de cuvette à partir d'une matière première en tôle mé- tallique ( 11) relativement mince possédant une caractéristi- que d'allongement relativement faible, ladite cuvette compor- tant une collerette périphérique ( 17) et étant destinée à for- mer un récipient allongé, par déplacement d'une matrice ( 12) et d'un poinçon ( 14) l'un par rapport à l'autre et par bloca- ge et centrage d'un manchon de réemboutissage ( 16) disposé coaxialement, puis par application d'un élément de profilage de fond ( 18), axialement par rapport à la matrice, jusque con- tre le poinçon pour profiler le fond de la cuvette, appareil caractérisé en ce qu'il est prévu un élément annulaire ( 30) de maintien de collerette avec glissement monté sur la partie supérieure de la matrice ( 12) coaxialement à celle-ci, capa- ble d'un mouvement de glissement par rapport au manchon de réemboutissage ( 16) et écarté de celui-ci d'une distance pré- déterminée pour exercer un frottement sur la collerette péri- phérique ( 17) de la cuvette et permettre un fluage de la ma- tière vers l'intérieur de la matrice autour dudit élément et le long de la paroi latérale et du fond de la cuvette afin d'éliminer des contraintes excessives s'exerçant sur le fond de la cuvette pendant l'opération suivante de formage de dô- me, afin d'éviter une surcharge de la paroi latérale pendant la phase d'amincissement. 2 Appareil selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'il comprend un moyen de retenue ( 31) pour fi- xer de façon amovible ladite collerette annulaire sur la fa- ce supérieure de la matrice. 3 Appareil selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que le jeu entre l'élément annulaire ( 30) de main- tien de collerette avec glissement et ledit manchon de réem- boutissage ( 16) est d'au moins environ 0,3 mm. 4 Appareil selon la revendication 3, caractéri- sé en ce que ledit élément annulaire ( 30) de maintien de col- lerette présente une zone dépouillée ( 34) qui est disposée au centre dans une position adjacente au manchon de réembou- tissage de façon à créer entre eux un jeu additionnel d'en- viron 0,12 mm. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première partie dudit élément annulaire de maintien de collerette arrondi qui entre en con- tact avec ladite tôle présente un arrondi ( 33) et présente un jeu d'environ 0,3 mm par rapport au manchon de réembou- tissage ( 16). 6 Appareil selon la revendication 5, caractéri- se en ce qu'une seconde partie dudit élément annulaire de maintien de collerette entrant en contact avec la tôle pré- sente un chanfrein ( 35) établissant un jeu d'environ 0,3 mm avec le manchon de réemboutissage ( 16). 7 Appareil selon la revendication 1 à 6, carac- térisé en ce que ledit élément annulaire ( 30) de maintien de collerette est formé d'acier trempé. 8 Procédé pour réemboutir une cuvette sous la forme d'un récipient allongé, ladite cuvette étant formé d'u- ne tôle métallique relativement mince d'une caractéristique d'allongement relativement faible et étant pourvue d'une col- lerette périphérique, caractérisé en ce qu'on comprime la tô- le entre une matrice ( 12) sur laquelle est monté un élément annulaire ( 30) de maintien de collerette qui est déplacé par rapport à un poinçon ( 14) et à un manchon de réemboutissage ( 16) associé pour exercer un frottement glissant sur la col- lerette périphérique de la cuvette du fait d'un jeu prédé- terminé existant entre le manchon de réemboutissage et l'élé- ment annulaire de maintien de collerette en produisant ainsi un fluage de la matière de la tôle entre la matrice et le poinçon, et on forme ensuite un dôme dans le fond de la cu- vette, si bien qu'on élimine toute contrainte excessive dans la paroi latérale et le fond de la cuvette. 9 Procédé selon la revendication 8,caractérisé en ce que la tôle est une tôle laminée à froid à une épais- seur d'environ 0,25 mm et ayant une caractéristique d'allon- gement inférieure à environ 14 %. Procédé selon la revendication 8 ou 9,caracté- risé en ce que la charge de crête exercée sur le poinçon peut être réduite pendant l'opération de formage de dôme.