Brevet FR2523485A1 — publié le 19830923

Traditionnellement, du métal est soumis à des opérations de formage pour diverses applications et suivant divers procédés. Certains de ces procédés comprennent l'emboutissage en une ou plusieurs passes, l'étirage et le repoussage. On a également prévu, en théorie, de pouvoir déformer du métal en associant une opération d'emboutissage effectuée à l'aide d'un poinçon et une application simultanée d'une pression de côté ou latérale à la pièce afin d'accrottre le taux de réduction Dans un procédé d'emboutissage à réduction élevée, qui consiste essentiellement à réduire le diamètre du métal, dans des conditions normales, une réduction d'environ 50 % constitue le maximum possible en une seule opération, du fait que si l'on tente une réduction plus forte, le métal finit simplement par se cisailler.Par conséquent, lorsque le poinçon d'emboutissage met en forme le métal, il tend naturellement à tirer le métal vers lui et si l'on tente une réduction trop grande, le poinçon finit simplement par cisailler le métal ou par passer directement à travers lui, en le déchirant. Ceci se produit lorsque la résistance du métal dans la zone plane dépasse la résistance du métal dans la zone de formage. Le procédé théorique décrit ci-dessus, procédé7 dans lequel une pression est appliquée à la périphérie dd métal en cours de formage, consiste essentiellement à appliquer la pression d'un fluide. Ceci exige cependant que l'ensemble de l'appareil de formage soit disposé dans une sorte de chambre étanche aux fluides, ce qui constitue une solution absolument impossible à utiliser au niveau de la production. Néanmoins, on pense qu'il est souhaitable de mettre au point un appareil et un procédé appropriés pour l'application d'une pression dirigée radialement ou latéralement sur la périphérie de la pièce pendant l'opération d'emboutissage ou de formage, car si ceci peut être effectué, il est possible de parvenir à une réduction atteignant 90 % sans destruction de la pièce et avec un accroissement notable du rendement par suite de la diminution du nombre d'opérations nécessaires pour passer de l'ébauche au produit fini. Ceci correspond essentiellement à un essai visant à modifier le point auquel la résistance du métal de la zone plane dépasse la résistance de la zone de formage afin d'accroftre l'importance de la réduction possible sans destruction de la pièce. On a donc à présent trouvé qu'il était possible d'accroître sensiblement la réduction sans détérioration de la pièce et en supprimant les diverses opérations norme le ment indispensables pour parvenir à une telle réduction élevée. Il est apparu possible de réaliser un appareil dans lequel une pression peut être appliquée à la périphérie de la plaque, en même temps que la pression de formage est appliqué par le poinçon d'emboutissage à la surface de la plaque, cet appareil pouvant être décrit comme ayant la forme d'un iris et pouvant être actionné hydrauliquement ou pneumatiquement. Il est apparu possible de réaliser cet iris à partir de plusieurs plaques disposées circonférentiellement, portées par une matrice et fixées chacune à un élément de commande, par exemple un dispositif à pression hydraulique ou pneumatique, de manière que, lorsque le poinçon d'emboutissage est appliqué à force contre une face de la plaque, les plaques de l'iris portées par la matrice puissent être appliquées à force contre le bord périphérique de la plaque, plaçant ainsi le métal sous compression et facilitant sa déformation et la diminution de son diamètre. Le poinçon d'emboutissage dirige essentiellement le métal dans la direction appropriée et les plaques de l'iris favorisent son fluage dans cette direction. Comme indiqué précédemment, le poinçon d'emboutissage produit lui-même un fluage du métal.Cependant, l'appareil perfectionné réduit la résistance au fluage en forçant le métal dans la direction du fluage et il évite ainsi les problèmes que l'on rencontre normalement et se traduisant par une destruction sensible du métal si l'on tente un taux de réduction trop important en une seule passe. Il est apparu que ce procédé particulier de formage du métal, ainsi que l'appareil le mettant en oeuvre, permettent un formage beaucoup plus efficace du métal, avec une diminution importante du nombre d'opérations de fabrication nécessaires. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est une élévation, avec coupe partielle, de l'appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, la presse étant représentée en position d'ouverture la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, montrant la presse en position de fermeture ; et la figure 3 est une vue partielle en plan suivant la ligne 3-3 de la figure 1. L'appareil selon l'invention sera tout d'abord décrit en regard de la figure 1. il convient de noter que cet appareil est destiné à être utilisé dans une presse qui comprend, d'une façon générale, un plateau mobile 10 et une embase fixe 11. La structure de la presse et son mécanisme de commande ne seront pas décrits en détail, étant donné que l'utilisation de toute presse disponible dans l'industrie et comportant une embase fixe et un plateau pouvant se rapprocher et s'éloigner de cette embase, est du domaine des connaissances de l'homme de l'art. On peut noter, sur la figure 1, que le plateau mobile 10 porte un élément 20 de retenue d'un bloc de maintien. L'élément de retenue est fixé à la surface inférieure du plateau 10 par plusieurs boulons 21 dont un seul est représenté. Cet élément 20 de retenue est de forme annulaire et présente une cavité intérieure 20a dans laquelle est logé un bloc 22 de maintien. Ce bloc 22 est dimensionné de manière à pouvoir se déplacer à l'intérieur de la cavité 20a et il comporte un rebord 22a qui repose normalement sur un épaulement 20b de l'élément 20 de retenue. Le bloc 22 de maintien est traversé par un trou central 22b dont la fonc tion sera décrite ci-après. Le plateau 10 porte également un cylindre 23 de commande du bloc 22 de maintien. Un seul cylindre 23 est représenté bien que, en pratique, il soit possible d'utiliser plusieurs de ces cylindres. Dans tous les cas, le cylindre 23 a pour fonction d'actionner le bloc 22 de maintien afin qu'il puisse être déplacé par rapport au plateau, vers le bas, comme décrit ci-après. L'entrée en contact du rebord 22a avec l'épaulement 20b assure un déplacement du bloc de maintien avec le plateau lorsque ce dernier s'élève, comme décrit également ci-après. Un poinçon 24 d'emboutissage, également fixé à la face inférieure du plateau mobile 10, présente un alésage central 24a et est assujetti au plateau 10 par des boulons 25, plusieurs de ces boulons étant normalement utilisés, mais un seul étant représenté. Le plateau 10 présente également un canal 10a qui communique avec le canal 24a pour en assurer la ventilation. Ainsi qu'on peut le noter, le poinçon 24 d'emboutissage se déplace avec le plateau 10 aussi bien pendant les courses de descente que de montée. Le poinçon 24 passe également dans l'alésage central 22b du bloc 22 de maintien de manière qu'il puisse coopérer convenablement avec la matrice, comme décrit ciaprès. En ce qui concerne à présent l'embase fixe 11, on peut noter qu'une matrice 30, présentant une ouverture centrale 30a, est fixée au moyen de plusieurs boulons 31 à un support 32 de matrice. Le support 32 de matrice présente un canal central 32a qui reçoit un élément 33 d'éjection pouvant coulisser dans ce canal et actionné par un piston. Cet élément 33 est soumis à une pression et il est normalement repoussé vers le haut, dans la position montrée sur la figure 1. Un cylindre 34 d'actionnement est porté par l'embase 11 et comporte le piston qui déplace l'élément 33 d'éjection dans une direction axiale afin de dégager ou de soulever le produit fini, comme décrit ci-après. il convient également de noter que le support 32 de la matrice est fixé à l'embase par plusieurs boulons 32a. Un anneau 35 de centrage, également fixé à l'embase 11, est constitué d'un élément annulaire fixé à la surface supérieure de l'embase 11 et destiné à positionner convenablement le support 32 et un corps 40, ce qui assure, évidemment, un positionnement approprié de la matrice 30, fixée à l'embase 11, en alignement avec le poinçon 24 d'emboutissage. Un piston 37 est logé dans un corps 40, de manière à pouvoir exécuter un mouvement alternatif en coulissant contre la paroi latérale 36 d'un cylindre, comme montré sur la figure 1. En fait, plusieurs de ces pistons sont utilisés, le nombre exact n'étant pas nécessairement critique pour la forme de réalisation décrite dans le présent mémoire. Un seul ensemble à piston et corps sera décrit ~en détail, les autres ensembles à piston et corps étant évidemment de construction et de fonctionnement identiques. Le piston 37 est retenu à l'intérieur du corps 40 par un chapeau 38 d'extrémité et une plaque 39 de garde. Le chapeau 38 d'extrémité et la plaque 39 de garde présentent des ouvertures centrales 38a et 39a qui communiquent avec un circuit de fluide hydraulique ou pneumatique sous pression (non représenté), afin qu'il soit possible de déplacer sélectivement le piston 37 vers la droite ou vers la gauche, dans l'orientation de la figure 1, dans les sens indiqués par la flèche 50. Ce circuit de pression n'est pas représenté en détail, car un tel circuit, qui permet le mouvement alternatif du piston 37, comme indiqué par la flèche 50, en synchronisme avec le mouvement du plateau 10, est du domaine des connaissances de l'homme de l'art. Comme représenté sur les figures 1 et 2, le corps 40 porte plusieurs plaques 41 d'iris. De même que précédemment, le nombre exact de ces plaques n'est pas critique pour l'invention, bien que six plaques soient représentées sur la figure 3. il suffit d'indiquer que toutes les plaques sont identiques et qu'elles sont associées chacune à un piston 37. Comme représenté sur les figures 1 et 2, qui montrent un seul des ensembles à plaques d'iris, il convient de noter que la plaque 41 et une entretoise 43 sont fixées au piston 37 par des boulons 42. De cette manière, lorsque chacun des pistons 37 se déplace dans la direction de la flèche 50, la plaque d'iris associée suit évidemment son mouvement vers l'axe central de la matrice. Pour l'utilisation ou la mise en oeuvre de l'invention, on peut d'abord se reporter à la figure 1 qui montre la presse en position d'ouverture. il apparaît qu'une pièce plane B est d'abord placée sur la surface supérieure de la matrice 30, en alignement concentrique avec cette dernière. A ce moment, les plaques d'iris sont en position de retrait de manière que, par exemple, le piston 37 et la plaque 41 soient rétractés vers leur position extrême gauche indiquée sur la figure 1. L'élément 33 d'éjection, qui est normalement repoussé vers le haut, occupe alors sa position d'extension, comme représenté. En se reportant à la figure 2, on peut noter que, lors de l'actionnement de la presse, le plateau mobile 10 se déplace vers la matrice 30. Une pression de maintien ou de serrage est établie au moyen d'un cylindre 23 et d'une tige 23a agissant sur le bloc 22 de maintien qui est abaissé à force et appliqué en contact avec la surface supérieure de la pièce B. La poursuite du mouvement de descente du plateau amène le poinçon 24 en contact avec la pièce B et, simultanément, les pistons 37 sont actionnés. afin de fermer les plaques d'iris ou d'en réduire le diamètre utile en déplaçant à force chaque plaque 41 de l'iris vers l'axe central de la matrice jusqu'à ce qu'elle. entre en contact avec les surfaces du bord de la pièce B.La poursuite du mouvement de descente du plateau mobile 10 fait pénétrer à force le poinçon d'emboutissage dans la pièce B afin de la former et de faire descendre à force l'élément 33 d'éjection, tandis qu'une pression est appliquée en même temps sur la périphérie de la pièce par les plaques 41 afin de placer la pièce sous compression. De cette manière, les forces de compression exercées par les plaques 41 d'iris du corps 40 coopèrent avec la force de formage exercée par le poinçon d'emboutissage afin de faciliter le fluage du métal, et il est ainsi possible d'obtenir un taux de réduction extrêmement élevé, sans destruction de la pièce. On peut expliquer ce phénomène en considérant que la résistance du métal peut être exprimée par la résistance à la traction de la circonférence X et du diamètre X. Ainsi, une pièce métallique particulière oppose une résistance donnée à son introduction à force dans l'ouver- ture 30a de la matrice 30. Lorsque le poinçon 24 d'emboutissage force le métal dans l'ouverture 30a, la résistance du métal dans la zone de formage diminue par rapport à la résistance de la zone circonférentielle, et cette différence finit par provoquer une destruction de la pièce. Cependant, les plaques 41 d'iris agissent de manière à pousser le métal dans la zone de formage et elles retardent l'instant auquel cette destruction se produit, ce qui permet d'obtenir une réduction très supérieure à celle possible jusqu'à présent. Après le formage, la pièce B peut être retirée lorsque la presse s'ouvre ; les plaques 41 se rétractent et la pression de maintien est éliminée par entrée en contact de l'épaulement 20b avec le rebord 22a afin de soulever le bloc 22 de la pièce. L'élément 33 d'éjection revient ensuite dans sa position d'extension afin de dégager la pièce de la matrice 30. De plus, bien que les canaux 24a du poinçon 24 et 10a du plateau 10, qui communiquent, soient normalement utilisés comme canaux d'évent, ils peuvent être reliés sélectivement à une source d'air comprimé pour assumer une fonction de "éjection par soufflage", si cela est souhaité. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. RER7ENDlCZTIONS 1. procédé de formage de métal avec réduction élevée dans une presse à mouvement alternatif comportant un poinçon et une matrice de formage qui coopèrent, caractérisé en ce qu'il consiste à serrer le métal (B) entre les parties respectives (10, 113 de la presse, à amener le poinçon (24) de formage contre une face du métal et le faire pénétrer dans la matrice (30), et à appliquer simultanément une pression dirigée radialement contre les surfaces du bord du métal. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression dirigée radialement est exercée par déplacement vers l'intérieur, en direction du point central du métal, de plusieurs plaques (41) disposées circonférentiellement. 3. Appareil destiné à effectuer une réduction élevée sur un flan de métal dans une presse à mouvement alternatif comprenant un poinçon et une matrice de formage complémentaires, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc (22) de maintien porté par un premier élément (10) de la presse afin de brider un flan métallique (B) contre la matrice (30) portée par l'autre élément (li) de la presse (20), le poinçon (24) de formage pouvant être déplacé et amené en contact de formage avec le flan métallique (B), en coopérant avec la matrice (30), l'appareil comportant également des moyens de pression (37, 40, 41) portés par ledit autre élément (11) de la presse et pouvant être rapproches et éloignés de l'axe central de la matrice (30), afin d'être appliqués contre les surfaces du bord du flan métallique (B). 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de pression comprennent plusieurs plaques (41) d'iris disposées suivant une configuration circulaire, lorsqu'elles sont considérées en plan, lesdites plaques d'iris pouvant être rapprochées et éloignées de l'axe central de la matrice (30). 5. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'éjection (33, 34) portés par ledit autre élément (11) de la presse et mobiles à travers la matrice (30) pour déloger le flan métallique formé (B).