Brevet FR2508826A1 — publié le 19830107

La présente invention concerne d'une manière générale le formage d'une quelconque pièce à partir d'un flan. Ainsi qu'on le sait, il est connu de procéder par étirage à un tel formage, le flan à travailler étant appliqué sous traction à un mandrin de formage et venant ainsi envelopper au moins partiellement celui-ci tout en étant l'objet d'un étirage transversal par rapport à ce mandrin de formage. Grâce à l'étirage ainsi appliqué à ce flan, le travail de celui-ci se fait en traction uniforme au-delà de la phase élastique, ce qui permet d'obtenir une déformation permanente sans contraintes résiduelles et par conséquent sans déformations parasites ; la qualité des surfaces obtenues est alors parfaite. Ce n'est pas ce qui se passe usuellement pour un formage par flexion en phase plastique n'impliquant qu'un simple pliage ou emboutissage. La pièce une fois libérée reste soumise à des contraintes résiduelles g celles-ci créent des déformations parasites visibles sur de grandes surfaces elles provoquent par ailleurs des distorsions importantes lorsque lton veut procéder à un traitement thermique, Si un tel procédé de formage par étirage est notamment bien adapté à la réalisation de pièces tubulaires allongées présentant transversalement une section relativement épaisse, comme c'est par exemple le cas pour le mât de voilier décrit dans le brevet français déposé le ler Juin 1976 sous le NO 76 16453 et publié sous le NO 2.353.348, il peut se trouver en défaut pour les pièces tubulaires allongées présentant transversalement une section mince C'est le cas notamment pour les pales, en particulier pour celles destinées à l'équipement d'aérogénérateurs ou d'hélicoptères, tant en raison du rayon de courbure faible que présentent de telles pales- le long de leur bord d'attaque, qu'en raison de l'effilement qu'elles présentent conjointement le long de leur bord de fuite, En effet, il est établi que, les conditions étant égales par ailleurs, le rayon de courbure que l'on peut donner sans ruine à un flan lors d'un formage par étirage de celui ci est deux fois supérieur à celui admissible lors d'un simple formage par pliage d'un tel flan, qui dépend luimême de l'épaisseur de ce dernier. Il en résulte que, par formage par étirage, il n'est pas possible d'obtenir, pour le bord d'attaque d'une pale, un rayon de courbure aussi faible que celui susceptible d'être obtenu par simple pliage, Corollairement, la force de serrage à appliquer aux mâchoires assurant l'étirage d'un tel flan autour du mandrin correspondant est inversement proportionne# a' l'angle d'ouverture de ce mandrin dans la zone où sont implantées les dites mâchoires Il en résulte que, les mâchoires de serrage étant en pratique implantées du côté du bord de fuite dans le cas du formage par étirage d'une pale, l'angle d'ouverture effilé d'un tel bord de fuite impose normalement le développement d'efforts de serrage considérables, pouvant rapidement atteindre des valeurs rédhibitoires, et conduisant en pratique à une limite pour la valeur admissible pour un tel angle d'ouverture, La présente invention a d'une manière générale pour objet un processus permettant de surmonter ces difficultés et, partant, d'étendre à une pièce allongée à section transversale mince le procédé de formage par étirage, même dans le cas où une telle pièce a un bord d'attaque à rayon de courbure réduit et/ou un bord de fuite effilé avec angle d'ouverture faible. De manière plus précise, la présente invention a pour objet un procédé propre au formage d'une quelconque pièce à partir d'un flan, du genre suivant lequel, tout en soumettant à un étirage transversal ce flan, on l'applique à un mandrin de formage de manière à envelopper au moins partiellement celui-ci, ce procédé étant caractérisé en ce que, s'agissant de la formation sur le flan, dans la zone médiane de celui-ci, d'un rayon de courbure r, on choisit pour mandrin de formage un mandrin présentant, dans la zone correspondante, dite ici par commodité zone d'attaque, un rayon de courbure r' supérieur a r, et en ce que, après formage ainsi exécuté dudit flan, on applique à celui-ci un pliage de nature à ramener à la valeur r son rayon de courbure, Il en résulte que, comme recherché, et malgré la mise en oeuvre d'un formage par étirage, le rayon de courbure dans la zone concernée du flan travaillé, qui correspond au bord d'attaque de la pièce à former lorsqu'il s'agit d'une pale,peut être aussi réduit que celui normalement autorisé par un simple travail par pliage d'un tel flan. Mais il en résulte également que, en raison de ce rayon de courbure accru, le mandrin de formage mis en oeuvre pré- sente extérieurement, dans sa zone d'attaque, un angle d'ouverture supérieur à celui de la pièce à former0 Autrement dit, le mandrin de formage mis en oeuvre suivant l'invention a, dans sa zone d'attaque, un profil plus "ouvert" que celui normalement nécessaire pour être conforme à la pièce à former. Suivant l'invention, il est tiré parti de cette ouverture augmentée du mandrin de formage pour réduire l'effort de traction à développer pour assurer le formage par étirage recherché. En effet, suivant un développement de l'invention, on choisit pour mandrin de formage un mandrin de formage présentant extérieurement un angle d'ouverture supérieur à celui de la pièce à former non seulement dans as zone d'attaque, mais encore dans sa zone opposée à celle-ci, dite ici par commodité zone de fuite, ledit mandrin de formage ayant, de sa zone d'attaque à sa zone de fuite, une longueur largement supérieure à celle correspondante de la pièce à former, Il est dès lors possible de choisir pour mandrin de formage un mandrin de formage présentant dans sa zone de fuite une surface d'extrémité sensiblement normale à son plan médian longitudinal, Autrement dit, dans sa zone de fuite, le mandrin de formage mis en oeuvre présente un angle d'ouverture non plus effilé, mais largement ouvert, et voire même éventuellement plat. Ainsi, l'effort de serrage à développer sur les mâchoires de serrage mises en oeuvre pour assurer l'étirage du flan est relativement réduit, l'effort de traction qui en résulte pour ce flan se développant, dans la zone de fuite du mandrin de formage, suivant une direction sensiblement parallèle à celle de cet effort de serrage. Le domaine d'application de l'invention s'étend, audelà des pales d'aérogénérateurs ou d'hélicoptères, au formage de nombreuses et diverses pièces de profil d'aile telles que, en construction navale, safrans, ailerons de quille ou de gouvernail, dérives ; en construction aéronautique, ailes complètes, volets, dérives, gouvernes, etc.. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue de bout par la tranche, d'une pièce susceptible d'être formée conformément au procédé suivant l'invention la figure 2 est une vue de bout, par la tranche, du flan mis en oeuvre pour la réalisation de cette pièce la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2, après un premier pliage du flan concerné la figure 4 est une vue analogue à celle des figures 2 et 3, et illustre la mise en oeuvre d'un mandrin de formage suivant l'invention la figure 5 est, à échelle supérieure, une vue partielle de bout de ce mandrin de formage ; ; les figures 6, 7 et 8 sont des vues analogues à celles des figures 2, Z, 4, et illustrent diverses phases successives du procédé de formage suivant l'invention la figure 9 reprend pour partie, avec une coupe locale, la figure 6, et concerne une variante de réalisation. Ces figures illustrent à titre d'exemple l'application de l'invention à la réalisation d'une pale pour aérogénéra tueur, Cette pale est représentée isolément à la figure 1. Elle comporte un corps; 10, formé d'une tôle pliée globalement en U, suivant un processus décrit en détail ciaprès ; le bord de fuite étant obtenu par chanfreinage de la tôle et collage des chanfreins. Dans la forme de réalisation représentée, la partie médiane 13 du corps 10 forme le bord d'attaque de la pale concernée, tandis que dans la zone des lèvres 11 les chan freins assemblés par collage forment le bord de fuite D. Dans la forme de réalisation représentée, et pour sim plification de l'exposé qui va suivre, le plan longitudinal médian P de la pale concernée, qui est représenté par sa trace à la figure 1, forme un plan de symétrie pour cette pale, en sorte que, transversalement, l'intrados 14 et l'ex- trados 15 de celle-ci ont des courbures identiques et sont donc identiques. Mais il n'en est pas nécessairement ainsi, l'intrados 14 et l'extrados 15 d'une telle pale pouvant au contraire présenter transversalement des courbures différentes0 En outre, dans la forme de réalisation représentée, le corps 10 est cylindrique, ayant, longitudinalement, même section transversale en tout point du bord d'attaque 13 qu'il forme. Il I1 en résulte que, longitudinalement, l'intrados 14 et l'extrados 15 de la pale concernée sont dépourvus de toute courbure et que la section est constante, ;#is il n'en est pas non plus obligatoirement ainsi, un tel intrados 14 et/ou un tel extrados 15 pouvant au con traire présenter longitudinalement une certaine courbure, soit de flexion (compensation de flèche), soit de torsion (vrillage ou pas variable le long de la pale)0 D'autre part la section transversale peut avoir des dimensions et une forme (épaisseur relative) largement va riables. De part et d'autre d'une arête médiane A, le bord d'at taque 13 du corps 10 s'étend, en section, suivant un secteur circulaire CC, de rayon de courbure réduit r, Puis, en continuité avec ce secteur circulaire, et de part et d'autre du plan longitudinal médian P, l'intrados 14 et l'extrados 15 s'étendent eux-mêmes chacun åusqu'~u bord D, suivant, en section, des secteurs CD, qui peuvent être globalement assimilés à des secteurs circulaires de rayon de courbure irnpo#t#r t~in' L'intrados 14 et l'extrados 15 se raccordent tangentiellement au bord d'attaque 13 aux points C0 Les tangentes aux points C définissent entre elles un angle 2a, défini ici par commodité comme étant l'angle d'ouverture que présente extérieurement le bord d'attaque 13. De même, l'intrados 14 et l'extrados 15 se raccordent au point D après biseautage, et les tangentes = ce point D définissent entre elles un angle 2d, et qui est dqfini ici par commodité comme étant l'angle d'ouverture que présente extérieurement le bord de fuite0 Le corps 10 ainsi constitué est formé à partir d'un flan 17 représenté isolément à la figure 2. Le long de deux bords opposés de ce flan 17, initialement plat, il est formé, sensiblement à l'équerre, deux ailes 18o Dans la zone médiane du flan 17, entre les ailes 18 de celui-ci, et du côté opposé à ces ailes 18, il est tout d'abord appliqué à ce flan un pliage lui conférant l'allure générale d'un V. Ce pliage est exécuté suivant les techniques usuelles en la matière, et il conduit à la formation, dans la zone médiane du flan 17, d'un nez 19 présentant un rayon de courbure r" largement supérieur au rayon de courbure r du bord de fuite à former. Corollairement, en raison de ce pliage, les ailes 18 du flan 17 sont devenues sensiblement coplanaires. Elles sont alors chacune engagées sous le mors 19 d'une ssschoire de serrage 20, figure 4. Ainsi agrippé par ces mâchoires de serrage 20, le flan 17 est engagé par son nez 19 sur un mandrin de formage 22, figure 40 Comme le corps tubulaire 10 à former, le mandrin de formage 22 a un plan longitudinal de symétrie P', représenté par sa t.ace sur la figure 4, et il est cylindrique. #ais, suivant l'invention, sa section transversale est une transformée de celle du corps 10 à former. La figure 5 explicite, pour le bord d'attaque 13 du corps 10, et pour la zone d'attaque correspondante du mandrin de formage 22, les conditions de cette transformation0 Sur cette figure 5, le profil du corps 10 a été schématisé en traits interrompus, et celui du mandrin de formage 22 en trait plein. Au secteur circulaire AC du corps 10 correspond, intérieurement, un demi-angle d'ouverture c, complément du demiangle d'ouverture a que présente extérieurement ce corps lOo La longueur du secteur circulaire AC du corps 10 est donc AC f r.c Il lui correspond, sur le mandrin de formage 22, un secteur circulaire AC', qui a même longueur, mais qui, suivant l'invention, présente un rayon de courbure r' supérieur au rayon de courbure r du bord d'attaque 13. à former, Soit c' le demi-angle d'ouverture que présente intérieurement ce secteur circulaire AC', et soit b l'angle que font entre elles les tangentes aux secteurs AC et AC' aux points C et C'. Il est possible d'écrire les relations suivantes : c' = c - b - =r'.c' = ÎC = r.c et donc : r' = rcb Par construction, le rayon de courbure r' du mandrin de formage 22 dans sa zone d'attaque est choisi égal ou légèrement supérieur au rayon de courbure minimal admissible pour le travail par formage par étirage de la tôle constitutive du flan 17. Ainsi qu'on le sait, ce rayon de courbure dépend notamment de l'épaisseur de cette tôle, Le rayon de courbure rt étant ainsi choisi, et la longueur de son secteur circulaire C#C' correspondant étant connue par celle du bord d'attaque 13 du corps 10 à former, la zone d'attaque du mandrin de formage 22 se trouve déterminée. A partir de cette zone d'attaque, le mandrin de formage 22 forme, de part et d'autre de son plan longitudinal de symétrie P', un intrados 24 et un extrados 25, qui sont identiques entre eux, et dont la longueur C'D' et la courbure sont respectivement identiques a la longueur CD et à la courbure de l'intrados 14 et de l'extrados 15 du corps 10 à former. Du fait de 11 ouverture b que présente dans sa zone d'attaque le mandrin de formage 22 par rapport au corps 10 à former, les arêtes d'extrémité D' de son intrados 24 et de son extrados 25 sont écartées l'une de l'autre d'une distance très largement supérieure à celle séparant l'un de l'autre les lèvres d'extrémité D correspondantes de l'intrados 14 et de l'extrados 15 du corps 10 à former. Suivant l'invention, il est donné au mandrin de formage 22, de sa zone d'attaque à sa zone opposée, dite ici par commodité zone de fuite, une longueur L' largement supérieure à celle L correspondante du corps 10 à former, cette longueur L du corps 10 étant mesurée entre son arête médiane Â et ses lèvres d'extrémité D. De ce fait, la zone de fuite du mandrin de formage 22 peut présenter extérieurement un angle d'ouverture 2d' supérieur à celui 2d que présente le corps 10 le long de son bord de fuite. En pratique, dans sa zone de fuite, le mandrin de formage mis en oeuvre suivant l'invention présente une surface d'extrémité 26 normale à son plan médian longitudinal de symétrie P'. De ce fait, lorsque les mâchoires de serrage 20 sont rapprochées l'une de l'autre, suivant les flèches F de la figure 6, pour assurer le formage par étirage du flan 17 par enveloppement par celui-ci du mandrin de formage 22, les efforts de traction dont est l'objet ce flan 17 dans la zone de fuite du mandrin de formage 22 sont, avantageusement, suivant les flèches F' de la figure 6, sensiblement perpendiculaires au plan longitudinal de symétrie P' du mandrin de formage 22, et donc sensiblement parallèles a l'effort de serrage M Il en résulte que celui-ci demeure acceptable. Après le formage ainsi réalisé, les mâchoires de serrage 20 sont écartées, le flan 17 est découpé au droit des arêtes D', et est dégagé du mandrin de formage 22, figure 7. On chanfreine alors les extrémités sur une largeur h adéquate. On applique ensuite au flan 17 un pliage de nature à ramener à la valeur r désirée le rayon de courbure de son bord d'attaque 13. De manière connue en soi un tel pliage est conduit en mettant en oeuvre, d'une part une matrice 27, extérieurement au flan 17, et d'autre part un poinçon 28, intérieurement à ce flan, figure 8. Le pliage ainsi appliqué au flan 17 conduit les lèvres D' de celui-ci à se refermer sur le poinçon 28, qui, par déformation élastique locale de celles-ci, les empeche momentanément, par son épaisseur, d'occuper leur position définitive D, tel que schématisé en traits interrompus à la figure 8. Les deux lèvres de la tôle se rejoignent ensuite après dégage ment de la lame-poinçon 28 et ultérieurement on les entrouvre pour collage. Ainsi qu'on l'aura compris, le rayon de courbure r appliqué par pliage au flan 17 avant formage de celui-ci est supérieur au rayon de courbure r' du mandrin de formage 22 ensuite mis en oeuvre. Dans ce qui précède, le rapprochement l'une par rapport à l'autre des mâchoires de serrage 20 a été supposé exécuté à la presse. En variante, figure 9, il peut être assuré par des vérins à vis 29 dont la tige 30 traverse de telles mâchoires de serrage 20 et les ailes 18 du flan 170 La présente invention ne se limite d'ailleurs pas aux modes de mise en oeuvre décrits et représentés, mais englobe toute variante d'exécution, En particulier il n'est pas impératif que le flan travaillé enveloppe totalement le mandrin de formage mis en oeuvre, un enveloppement partiel de celui-ci pouvant au contraire suffire. Par ailleurs, le domaine d'application de l'invention n'est pas limité à celui de la réalisation de pales, mais peut s'étendre a celui de 1 formation de toutes autres pièces, notamment à profil d'aile telles que ailerons de quilles et de gouvernail de bateaux, ailes, volets, dérives, gouvernes d'avions, etcs. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le formage d'une quelconque pièce à partir d'un flan du genre suivant lequel, tout en le soumettant à un étirage transversal, on applique ce flan à un mandrin de formage, de manière à envelopper au moins partiellement celui-ci, caractérisé en ce que, s'agissant de la formation sur le flan (17), dans la zone médiane (13) de celui-ci, d'un rayon de courbure r, on choisit pour mandrin de formage un mandrin (22) présentant dans la zone correspondante, dite ici par commodité zone d'attaque, un rayon de courbure r' supérieur à r, et en ce que, après formage ainsi exécuté dudit flan, on applique à celui-ci un pliage de nature à ramener à la valeur r son rayon de courbure, 2.Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on choisit pour mandrin de formage, un mandrin de formage (22) présentant extérieurement ini angle d'ouverture (a') supérieur à celui(a) de la pièce à former non seulement dans sa zone d'attaque, mais encore dans sa zone (26) opposée à celle-ci, dite ici par commodité zone de fuite, ledit mandrin ayant, de sa zone d'attaque à sa zone de fuite, une longueur largement supérieure à celle correspondante de la pièce à former, 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on choisit pour mandrin de formage, un mandrin de formage présentant dans sa zone de fuite une surface d'extrémité (26) sensiblement normale à son plan médian longitudinal (Pt)). 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, avant mise en oeuvre du mandrin de formage, on applique au flan un pliage à un rayon r" supérieur à celui r' du mandrin de formage. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, appliqué au formage de pièces à bord effilé, caractérisé en ce que le bord effilé (D) est obtenu par chanfreinage des deux lèvres (D') affrontées du flan et collage des chanfreins.