Brevet FR2510921A1 — publié le 19830211

La présente invention se rapporte au travail des métaux par déformation et a notamment pour objet un dispositif pour l'emboutissage de pièces métalliques par roulage. L'invention présente le plus d'intérêt pour l'usinage de pièces en forme de tige pourvues d'une bride (par exemple, d'arbres de pont arrière d'automobile). La technique d'emboutissage par roulage est connue depuis relativement longtemps, mais on n'avait créé jusqu'ici aucun dispositif à éléments constitutifs qui, sans exiger une plus grande quantité de métal pour leur fabrication, seraient doués d'une rigidité et d'une résistance mécanique accrues permettant de réaliser l'emboutissage des pièces à tige et bride dans des conditions de déplacement ininterrompu, pendant la course de travail du poinçon, de la zone de déformation plastique localisée sur la surface de contact de la pièce à usiner. I1 convient de noter, à ce propos, que du fait de la localisation de ladite zone de déformation plastique lors de l'emboutissage de la pièce par roulage, on peut obtenir une pièce dont les dimensions se rppprochent au maximum de celles des pièces finies.Dans ce cas, la rigidité et la résistance mécanique des éléments constituant le dispositif et, par conséquent, celles de l'ensemble du dispositif assurent la précision des pièces à emboutir. On connaît des dispositifs pour emboutissage de pièces par roulage (voir, par exemple, les brevets d'invention France nO 2098385, Etats-Unis d'Amérique nO 3523442, et RFA nO 1652653), dont chacun comprend un bâti, un mécanisme de déformation locale de la pièce monté dans la partie supérieure du bâti, un mécanisme de sollicitation ou de mise en charge axiale de ladite pièce, monté dans la partie inférieure dudit bâti, et une traverse exécutant un mouvement rectiligne alternatif vertical et reiiée cinématiquement audit mécanisme de sollicitation axiale. Le mécanisme de déformation locale comprend une commande de mouvement oscillatoire et un organe de pression relié cinématiquement à celle-ci et à la partie inférieure duquel est fixé un poinçon. Sur la traverse est fixée une matrice. Pour procéder à l'emboutissage, la pièce à travailler est placée dans la matrice lorsque la traverse portant celle-ci est dans sa position basse extrême. Ensuite on fait déplacer la traverse avec la matrice et la pièce à travailler jusqu'à ce que la surface à travailler de ladite pièce vienne en contact avec le poinçon, après quoi on met en jeu le mécanisme de déformation locale, et le poinçon animé d'un mouvement oscillatoire commence à élargir la surface à travailler de la pièce. Lors de ltemSo-utissage, la zone de déformation plastique localisée se déplace sur la surface de contact de la pièce à travailler. Le mécanisme de sollicitation axiale, en déplacant verticalement la traverse, appuie la surface à travailler de la pièce contre le poinçon pendant toute la durée de l'emboutissage. Une fois l'opération terminée, le mécanisme de déformation locale est mis hors d'action et la traverse est déplacée vers le bas pour permettre l'évacuation de la pièce emboutie et la mise en place d'une autre pièce à travailler. Toutefois, en cas d'emboutissage de brides de pièces à tige longue, il faut, pour permettre les opérations d'évacuation et de mise en place desdites pièces, accroître considérablement la course de la traverse entre sa position basse extrême et la position de contact de la surface à travailler de la bride avec le poinçon. Cela entraîne une augmentation importante de la hauteur du bâti et, par là même, une réduction de sa robustesse et sa rigidité. En outre, la course à vide de grande longueur de la traverse nuit au rendement du dispositif et nécessite de plus l'emploi de mécanismes auxiliaires pour a mise en place des pièces à travailler. Cet inconvénient est pallié en grande partie dans le dispositif pour l'emboutissage de pièces par roulage, faisant l'objet du certificat d'auteur URSS nO 651875. Le dispositif en question comprend un bâti, un mécanisme de déformation locale de la pièce à travailler, monté dans la partie supérieure du bâti, et un mécanisme de sollicitation ou de mise en charge axiale de ladite pièce, réalisé sous forme d'un vérin hydraulique disposé dans la partie inférieure dudit bâti. Le corps du vérin hydraulique joue le rôle d'une traverse montée au-dessous du mécanisme de déformation locale de manière à pouvoir exécuter un mouvement rectiligne alternatif vertical. Le mécanisme de déformation locale comprend une commande de mouvement oscillatoire, à laquelle est lié cinématiquement un organe de pression à la partie inférieure duquel est fixé un poinçon. Dans la partie inférieure du bâti est disposé un berceau monté à articulation sur les doigts fixés dans le bâti. Le corps du vérin hydraulique est disposé le long de guides ménagés dans ledit berceau, tandis que sa tige est fixée dans un élément transversal dudit berceau. Le berceau peut être immobilisé en position de travail à l'aide d'une butée montée sur le bâti. La face supérieure du corps du vérin hydraulique (traverse, en lloecurrence) sert de table-- sur laquelle et fixée une matrice. La table portant la matrice est montée de manière à pouvoir être retirée de la zone d'emboutissage en faisant basculer le berceau portant le corps du vérin hydraulique. Dans le corps du vérin hydraulique (par conséquent dans la traverse et dans la table) est ménagé un trou débouchant perpendiculaire au plan d'emboutissage et recevant la partie formant tige de la pièce à travailler. La matrice est elle aussi pourvue du'juin orifice, coaxial au trou de la table et de la traverse Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante. Initialement, lorsque le berceau est en position inclinée, on place la pièce à travailler dans la matrice en introduisant sa partie en forme de tige dans le trou du corps de vérin hydraulique. Ensuite on fait pivoter le berceau jusqu'à ce qu'il vienne en contact avec la butée prévue pour la fixation dudit berceau en position de travail. La cavité supérieure du vérin hydraulique est alors alimentée en fluide moteur sous haute pression, ce qui assure le déplacement du corps dudit vérin et par conséquent de la pièce à travailler jusqu-'à l'entrée en contact de la surface de celle-ci avec le poinçon, puis onmet en jeu le mécanisme de déformation locale. Le poinçon animé d'un mouvement oscillatoire élargit alors la surface à travailler de la pièce. Le cycle d'emboutissage terminé, le fluide moteur est amené dans la cavité inférieure du vérin hydraulique pour faire redescendre le corps du vérin avec la pièce emboutie. On fait basculer le berceau, on évacue la pièce emboutie et on met en place une nouvelle pièce à emboutir. Ensuite, le cycle de fonctionnement décrit se répète. Le fait de pourvoir le dispositif d'un berceau assurant la sortie de la table avec la matrice de la zone d'emboutissage pour permettre la mise en place et l'évacuation des pièces à tige, permet de réduire la course du corps (traverse) du vérin hydraulique, d'où une rigidité et robustesse accrues du bâti. En outre, la réduction de la course à vide de la traverse contribue à améliorer suffisamment le rendement du dispositif. Toutefois, l'assemblage articulé du berceau au bâti n'assure pas une rigidité et une robustesse suffisantes du dispositif. Par ailleurs, après l'opération d'emboutissage, on ne fait basculer le berceau pour évacuer la pièce emboutie et la remplacer par une nouvelle pièce à travailler, qu'après avoir suffisamment descendu la traverse, ce qui est nécessaire pour éviter tout risque de casse de la matrice ou du poinçon par collision. Ceci entraîne une diminution du rendement, par suite de l'augmentation de la durée de la course à vide de la traverse. Le fait de munir le dispositif d'une commande de conception assez compliquée, pour le basculement du berceau, ainsi que d'un mécanisme de fixation du berceau en position de travail et en position inclinée, complique considérablement la construction du dispositif. L'invention vise donc un dispositif pour l'emboutissage de pièces par roulage qui, tout en étant de conception plus simple, serait de construction plus rigide et plus robuste et assurerait un rendement élevé. Le problème ainsi posé est résolu en ce que le dispositif pour l'emboutissage de pièces par roulage, du type comprenant : un bâti; un mécanisme de déformation locale de la pièce à travailler, disposé dans la partie supérieure du bâti et comprenant une commande de mouvement oscillatoire et un organe de pression relié cinématiquement à celle-ci et dans la partie inférieure duquel est fixé un poinçon ; une traverse montée au-dessous dudit mécanisme de déformation locale, pouvant être animée d'un mouvement rectiligne alternatif vertical et pourvue d'un trou débouchant recevant la pièce à travailler et disposé perpendiculairement au plan d'emboutissage ; un mécanisme d'application d'une charge axiale à la pièce, relié cinématiquement à ladite traverse une table montée dans la partie supérieure de la traverse de manière à pouvoir sortir de la zone d'emboutissage et présentant un trou disposé coaxialement au trou précité de la traverse, ainsi qu'une matrice fixée sur ladite table et pourvue d'un orifice coaxial audits trous de la table et de la traverse, est caractérisé, suivant l'invention, en ce que la traverse comporte une partie faisant saillie au-delà du bâti, le trou débouchant ménagé dans la traverse et recevant la partie formant tige de la pièce se présentant sous forme d'une encoche reliant ladite partie en saillie à la zone d'emboutissage, la table étant mobile en va-etvient le long de ladite encoche et le mécanisme d'application d'une charge axiale à la pièce étant disposé hors de la zone de déplacement de la table. Cette conception du dispositif permet de faire sortir la pièce de la zone d'emboutissage en vue de son évacuation et son remplacement par une autre, en déplaçant la table le long de l'encoche de la traverse, ce qui exclut la nécessité d'employer à cette fin un berceau et,-par conséquent, améliore la rigidité et la robustesse du dispo sitif dans augmenter son poids. L'amélioration de la rigidité et de la robustesse du dispositif contribue à obtenir une plus haute précision d'emboutissage et permet de leur donner une forme et des dimensions très proches de celles de la pièce finie. Ceci est nécessaire surtout quand les pièces à tige à travailler sont pourvues d'une bride de diamètre important et de faible épaisseur (comme dans le cas, par exemple, des arbres de pont arrière d'automobile). En outre, dans le dispositif proposé, la commande de déplacement de la table est de conception simple et le mécanisme de fixation de ladite table est éliminé, ce qui simplifie sensiblement a conception de tout le dispositif. Le fait de monter la table de manière à pouvoir la déplacer le long de l'encoche de la traverse permet, aussitôt l'emboutissage terminé et la pièce emboutie mise hors de contact dlavec le poinçon, de sortir la table de la zone d'emboutissage pendant la descente de la traverse, en faisant ainsi coincider dans le temps e déplacement de la traverse et celui de la table. Ceci contribue à élever le rendement du dispositif du fait de la diminution du temps nécessaire à l'évacuation de la pièce emboutie et son remplacement par une nouvelle pièce emboutir. Pour rendre les opérations d'évacuation et de mise en place des pièces technologiquement plus rationnelles, il est avantageux que la partie de l'encoche située sur la partie en saillie de la traverse ait une longueur supérieure à la moitié de la somme des diamètres de la tige et de la bride de la pièce emboutie. Suivant une variante plus simple de réalisation du dispositif proposé, le mécanisme de sollicitation axiale ou d'application de charge axiale à la pièce se présente sous forme d'au moins deux commandes de déplacement en va-et-vient, montées au-dessous de la'traverse, symétriquement par rapport à l'encoche, et reliées à ladite traverse. Cette conception du mécanisme de sollicitation axiale a l'avantage de répartir très unifarmément la charge sur la traverse lors de l'emboutissage, et contribue en outre à améliorer la rigidité du dispositif en réduisant la longueur des liaisons cinématiques. Les meilleures fiabilité et durée de vie sont obtenues dans une variante de réalisation du dispositif dans laquelle les commandes du mécanisme de sollicitation axiale se présentent sous forme de vérins hydrauliques. Une telle réalisation des commandes du mécanisme de déplacement axial permet d'utiliser le fluide moteur des vérins hydrauliques pour diminuer la charge subie par la partie sphérique de l'organe de pression du mécanisme de déformation locale en mettant en communication les cavités desdits vérins hydrauliques avec la cavité qui se trouve au-dessous de ladite partie sphérique. Dans ce cas, on obtient un résultat optimal lorsque la pression du liquide moteur varie proportionnellement à la charge technologique prévue pour l'emboutissage. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation non limitatifs donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue générale du dispositif pour l'emboutissage de pièces par roulage, conforme à l'invention - la figure 2 représente le même dispositif, en coupe suivant II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe partielle du dispositif suivant le mode de réalisation dans lequel le mécanisme de sollicitation axiale se présente sous forme de deux vérins hydrauliques - la figure 4 représente le même dispositif en coupe suivant IV-IV de la figure 3, la table se trouvant hors de la zone d'emboutissage. Le dispositif pour l'emboutissage de pièces par roulage comprend un bâti 1 (figure 1) dans la partie supérieure duquel est installé un mécanisme 2 de déformation locale de la pièce. Le mécanisme 2 de déformation locale comporte une commande 3 de mouvement oscillatoire et un organe de pression 4 relié à celle-ci cinématiquement. Dans la partie inférieure de l'organe de pression 4 est fixé un poinçon 5. Une traverse 6est disposée au-dessous du mécanisme 2 de déformation locale et agencée pour aller et venir verticalement dans des guides 7 (figure 2). La traverse 6 est reliée cinématiquement à un dispositif 8 de sollicitation (ou d'application- de charge ou de mise en charge axiale de la pièce (figure 1). Suivant l'invention, la traverse 6 comporte une partie 9 (figure 2) dépassant au-delà dudit bâti. Dans la traverse 6 est ménagée une encoche débouchante 10 (figure 1) recevant la partie en forme de tige de lalpièce. L' encoche 10 est pratiquée perpendiculairement au plan d'emboutissage et relie la partie 9 en saillie de la traverse 6 (figure 2) à la zone 11 d'emboutissage (figure 4). A la partie supérieure de la traverse 6, est disposée une tale 12 (figure 1) mobile en va-et-vient suivant des guides 13, le long de l'encoche 10, de façon que ladite table puisse sortir de la zone 11 d'emboutissage. La table 12 est reliée cinématiquement à une commande pour son déplacement, réalisée, dans le cas considéré, sous forme de deux vérins hydrauliques ou pneumatiques 14 et 15 (figure 2) dont les tiges respectives 16 et 17 sont rigidement solidaires des supports 18 et 19,respectivement,de la table 12. Dans la partie médiane de la table 12 est ménagé un trou 20 coaxial à la partie de l'encoche 10 qui est disposée dans la zone 11 d'emboutissage. Sur la table 12 est fixée une matrice 21 (figure 1) présentant un orifice 22 coaxial au trou 20 de la table 12. Selon l'invention, le mécanisme 8 de sollicitation axiale de la pièce est disposé hors de la zone de déplacement de la table 12. Pour rendre les opérations de chargement et de déchargement des pièces plus rationnelles du point de vue technologique, la partie de l'encoche 10 qui est disposée dans la partie 9 en saillie de la traverse 6 a une longueur 1 qui est supérieure à la moitié de la somme des diamètres de la tige et de la bride de la pièce emboutie. La figure 3 représente la variante la plus simple de réalisation du dispositif conforme à l'invention. Dans cette variante de réalisation, le mécanisme 8 de sollicitation axiale (application de charge axiale) de la pièce est réalisé sous forme d'au moins deux commandes de mouvement rectiligne alternatif montées au-dessous de la traverse, symétriquement par rapport à l'encoche 10, et reliées à la traverse 6. Les commandes du mécanisme 8 de la sollicitation axiale peuvent être de divers types.Toutefois, suivant une variante particulièrement fiable en utilisation et de grande longévité, lesdites commandes sont des vérins notamment hydrauliques 23 dont les tiges 24 sont fixées à la traverse 6. Les cavités inférieures des vérins hydrauliques 23 communiquent par une conduite 25 avec la cavité 26 de l'appui de la partie sphérique de l'organe de pression 4 du mécanisme 2 de déformation locale. La figure 4 représente le dispositif conforme à l'invention dans la position où la table 12 est sortie de la zone 11 d'emboutissage pour permettre l'évacuation de la pièce emboutie et la mise en place d'une autre pièce destinée à l'emboutissage. Le dispositif que l'on vient de décrire fonctionne de la manière suivante. Initialement, lorsque la table 12 supportant la matrice 21 se trouve hors de la zone d'emboutissage 11 (figure 4), la pièce en forme de tige destinée à l'emboutissage est mise en place (manuellement ou bien à 1' aide d'un bras mécanique) dans la matrice 21 de manière que la tige de la pièce se trouve dans le trou 20 de la table 12, comme il ressort bien de la figure 1. Ensuite on met en action les vérins hydrauliques ou pneumatiques 14 et 15 (figure 2) et on déplace la table 12 portant la matrice 21 et la pièce à emboutir jusqu'à la zone 11 d'emboutissage. En même temps, on met en jeu le mécanisme 8 de sollicitation axiale et le mécanisme 2 de déformation locale.La traverse 6 portant la table 12, la matrice 21 et la pièce à emboutir se déplacent vers le haut jusqu'à ce que la surface à travailler de la pièce vienne en contact avec le poinçon 5 solidaire en mouvement oscillatoire avec l'organe de pression 4 du mécanisme de déformation locale 2. Pendant l'émboutissage, la zone localisée de déformation plastique se déplace sur la surface de contact de la pièce. Pendant toute la durée de l'emboutissage, le mécanisme 8 de sollicitation axiale appuie constamment la surface de contact de la pièce contre le poinçon 5. L'opération d'emboutissage étant terminée, on inverse la marche du mécanisme 8 de sollication ou de mise en charge axiale et on fait descendre la traverse 6. En même temps, on met hors d'action le mécanisme 2 de déformation locale et on met en action les vérins hydrauliques ou pneumatiques 14 et 15 en vue de déplacer la table 12, la matrice 21 et la pièce emboutie le long de l'encoche 10 pour les faire sortir de la zone 11 de déformation locale, au-delà des limites du bâti 1. Ensuite, on extrait la pièce emboutie (manuellement ou bien hall'aide d'un bras mécanique) de la matrice 21 et on la remplace par une nouvelle pièce à emboutir. Ensuite le cycle se répète. La variante de réalisation du dispositif représentée sur la figure 3 fonctionne sensiblement de la même que celle décrite plus haut. Pour déplacer la traverse 6 portant la table 12, la matrice 21 et la pièce à travailler jusqu'à ce que la surface à travailler de la pièce vienne en contact avec le poinçon 5, on alimente les cavités inférieures des vérins hydrauliques 23 en fluide moteur sous haute pression, de sorte que les tiges 24 de ces vérins déplacent la traverse 6 vers le haut. Lors de l'emboutissage, le fluide moteur est amené des cavités inférieures des vérins hydrauliques 23, en passant par les conduites 25, dans la cavité 26 disposée au-dessous de la partie sphérique de l'organe de pression 4 du mécanisme 2 de déformation locale, et ce, pour diminuer '1a charge subie par ladite partie sphérique. La pression du fluide moteur varie en fonction de la variation de la charge technologique lors de l'emboutis- sage. L'opération d'emboutissage étant terminée, le fluide moteur est évacué des cavités inférieures des vérins hydrauliques 23 pour être amené dans les cavités supérieures desdits vérins hydrauliques 23, ce qui assure la descente de la traverse 6. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour emboutissage de pièces par roulage, du type comportant : un bâti ; un mécanisme de déformation locale de la pièce à travailler, disposé dans la partie supérieure du bati et comportant une commande de mouvement oscillatoire et un organe de pression relié cinématiquement à celle-ci et à la partie inférieure duquel est fixé un poinçon ; une traverse montée au-desJot;lsdudi-t mécanisme de déformation locale, susceptible de mouvement rectiligne alternatif vertical et pourvue d'un trou débouchant recevant la pièce à travailler, et disposé perpendiculairement au plan d'emboutissage ; un mécanisme d'application d'une charge à la pièce à travailler, relié cinématiquement à ladite traverse ; une table montée dans la partie supérieure de la traverse de manière à pouvoir être déplacée hors de la zone d'emboutissage et présentant un trou disposé coaxialement au trou de la traverse, ainsi qu'une matrice fixée sur ladite table et pourvue d'un orifice disposé coaxialement auxdits trous de la table et de la traverse, caractérisé en ce que la traverse(6) comporte une partie (9) faisant saillie au-delà du bati (1) le trou débouchant ménagé dans la traverse et recevant la partie formant tige de la pièce- à travailler se présentant sous forme d'une encoche (10) reliant ladite partie en saillie de.la traverse (6) à la zone d'emboutissage 11, la table (12) étant montée mobile en va-et-vient le long de ladite encoche, et le mécanisme d'application de charge axiale à la pièce à travailler étant disposé hors de la zone de déplacement de ladite table. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de l'encoche située dans ladite partie en saillie de la traverse a une longueur supérieure à la ioitié de la somme des diamètres de la tige et de la bride de la pièce emboutie. 3. Dispositif selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que le mécanisme d'application de charge axiale se présente sous forme d'au moins deux commandes de déplacement rectiligne alternatif montées au-dessous de la traverse, symétriquement par rapport à l'encoche, et reliées à ladite traverse. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les commandes du mécanisme d'application de charge axiale sont des vérins hydrauliques.