Brevet FR2523486A1 — publié le 19830923

DISPOSITIF ET PROCEDE DE CONTROLE DU FORMAGE SUPERPLASTIQUE D'UNE PIECE METALLIQUE L'invention concerne un dispositif de contrôle du formage superplastique d'une pièce métallique & partir d'un flan disposé à l'entrée d'un moule alimenté en gaz sous pres- sion. Le formage superplastique des métaux est connu depuis plusieurs années (cf par exemple le brevet français ne 1 485 606) Il permet de réaliser des emboutis profonds qui seraient irréalisables sans dommage pour le maté- riau par une autre méthode On peut ainsi réaliser des ébauches de masse minimum qui réduisent considérablement les temps d'usinage nécessaires pour parvenir & la pièce finie. Cependant, selon ce procédé de formage, au fur et à mesure que le métal flue, l'épaisseur des toiles diminue et la vitesse de fluage a tendance à augmenter: elle pourrait atteindre des valeurs critiques préjudiciables à la santé de la pièce. L'invention a pour but de proposer un dispositif de con- trôle du formage permettant à l'opérateur d'apprécier le développement du processus et d'agir sur la pression de gaz pour moduler l'effort exercé sur le flan en fonction de l'évolution des paramètres dimensionnels de la pièce en formation. Le but de l'invention est atteint grâce à un dispositif de contrôle qui comprend un moyen de mesure du déplacement de la partie centrale du flan Par partie centrale du flan, il faut comprendre-la partie se déformant le plus vite, car la plus éloignée des parois du moule: quoique se situant 2 - le plus généralement au centre du flan, cette partie peut cependant s'en écarter, selon la forme exacte du moule. Avantageusement, le moyen de mesure comprend un organe ri- gide coulissant, dont une extrémité s'appuie sur la partie centrale du flan, et susceptible de coulisser lorsque la partie centrale du flan se déplace, associé à un système de mesure du déplacement de l'organe. Dans une forme de réalisation particulière du dispositif de l'invention, l'organe est un tube cylindrique creux fermé à son extrémité éloignée du flan et s'appuyant par l'autre extrémité sur le flan, et coulissant de façon étanche dans un manchon cylindrique prévu dans le fond du moule, ce tube comportant, le long d'une portion de géné- ratrice, une série de trous susceptibles de passer devant un ajutage percé dans le manchon et relié à une source de gaz basse pression et à un détecteur de chutes de pres- sion, le tube comportant prés de son extrémité appuyée sur le flan un orifice de fuite, et le moule étant muni, prés de son fond, d'un perçage communiquant avec l'atmosphère, le détecteur de pression étant relié à un enregistreur donnant un signal correspondant aux chutes de pression dé- tectées lors du passage d'un trou du tube devant l'ajutage du manchon. L'enregistreur est avantageusement un enregistreur à bande défilant à vitesse connue, de sorte que la détection des chutes de pression permet de connaître la vitesse de dé- placement de l'organe de mesure et donc de la partie cen- trale du flan. Afin de mieux rendre compte des déformations du flan, il est utile que les dispositifs de contrôle comprennent également des moyens d'appréciation de la progression du 3 - bord de la face avant du flan à l'intérieur du moule, ces moyens étant avantageusement réalisés sous forme de con- tacts électriques affleurant la paroi interne du moule et reliés à un enregistreur, qui peut être l'enregistreur à bande déjà utilisé pour mesurer l'avance de la partie cen- trale du flan. Les contacts électriques sont avantageusement disposés à chaque angle rentrant du moule, ce qui permet d'apprécier l'arrivée du flan aux changements de section du moule et de moduler la pression de gaz en conséquence. Avantageusement, le dispositif de l'invention comprend en outre un capteur de température permettant à l'opérateur de connaître l'ensemble des paramètres régissant le pro- cessus de formage superplastique. L'invention concerne également un procédé de contrôle du formage superplastique selon lequel on mesure le dépla- cement de la partie centrale du flan. On comprendra mieux d'autres caractéristiques et avantages de l'invention grâce à la description qui suit d'un mode de réalisation préféré du dispositif de l'invention, faite en référence à la figure unique annexée représentant sché- matiquement l'installation de formage et le dispositif de contrôle associé. On y voit le moule ou matrice 1 formé d'une paroi interne 2 éventuellement étagée selon la géométrie de la pièce à former, d'un fond 3 et d'un couvercle 4. L'ébauche de la pièce à former est constituée d'un flan circulaire plan 5 que l'on dispose d'une manière étanche à l'entrée du moule 1 L 'enceinte constitué par la concavité 4 - du flan est en communication au travers du couvercle 4 avec une source 6 d'argon sous haute-pression, via une vanne de décharge 7, un manomètre haute-pression 8 et une vanne d'arrêt 9. Un perçage 10 fait communiquer l'enceinte arrière du moule 1 avec l'atmosphère. Chaque angle rentrant du moule 1 comporte des perçages 11, 12 remplis d'un matériau d'isolation électrique traversé par des conducteurs électriques 13, 14 de même polarité dont l'extrémité affleure la paroi interne 2 du moule Un conducteur 15 de polarité opposée est relié à l'entrée du moule Les conducteurs 13, 14, 15 sont reliés par l'inter- médiaire d'un contacteur 16 à un enregistreur à bande 17. La face convexe du flan 5 appuie sur l'extrémité 18 d'un tube cylindrique creux 19 dont l'autre extrémité 20 est fermée Le tube 19 coulisse sensiblement sans effort et de façon étanche dans l'alésage d'un manchon 21 adapté au fond 3 du moule 1. Le tube 19 comporte, alignés sur une portion de généra- trice, une série de trous 22 régulièrement espacés pouvant défiler devant un ajutage 23 prévu dans le manchon 21 et alimenté en argon à faible pression à partir d'une source 24 via un détendeur 25, un manomètre 26 et un clapet anti- retour 27 taré sur le retour. Un thermocouple 28 traverse le tube 19, capte la tempéra- ture du flan 5 et la transmet à un indicateur 29. La source d'argon à faible pression 24 est également re- liée grâce à un raccord en T 30 à un tube de verre en U 31 contenant un liquide conducteur 32 et surmonté d'un vase - d'expansion 35 Ce vase d'expansion 35 constitue un dispo- sitif de sécurité au cas o une rupture de la pièce en formation viendrait à mettre brutalement en communication l'argon haute-pression et le tube 31. La branche gauche du tube 31 comporte un fil électrique 33 prévu pour être en permanence en contact avec le liquide conducteur 32 quelle que soit la hauteur de ce dernier La branche droite comporte un fil électrique 34 plus court qui n'est en contact avec le liquide conducteur 32 que lorsque le niveau de ce dernier monte dans cette branche. Les contacts 33 et 34 sont reliés aux bornes positive et négative de l'enregistreur 17 par des conducteurs 36 et 37. Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant Le flan est chauffé par des moyens connus non représentés tels que résistances chauffantes à une température lui conférant des caractéristiques de superplasticit 6 et est bridé & l'entrée du moule 1. On met la concavité du flan en communication avec la source 6 d'argon à haute-pression. Simultanément, on ouvre l'alimentation 24 en argon à fai- blé pression La pression fait monter le liquide conduc- teur dans la branche droite du U 31 et le contact s'éta- blit, ce qui se traduit par une ligne droite 38 sur le palier de l'enregistreur 17. La pièce 5 commence à fluer et pousse le tube 19. Dès que le premier trou de la rangée de trous 22 du tube 19 passe devant l'ajutage 23, l'argon à faible pression passe dans ce tube 19, ressort par des trous 39 prévus prés de son extrémité 18, puis par le perçage'l O du moule 6- vers l'atmosphère. La pression d'argon diminue alors brutalement dans la branche gauche du U et le contact est coupé dans la branche droite; ceci se traduit par un clocher 40 sur l'enregistrement et ainsi de suite. Simultanément, l'enregistreur 17 fait apparaitre en 41 et 42 le moment exact o le métal atteint le premier puis le. deuxième étage du moule 1, grâce aux contacts 11 et 12. Le papier enregistreur se déplace à une vitesse constante connue; il comporte un abaque 43 qui permet de déterminer par simple lecture la vitesse de fluage du matériau Ain- si l'opérateur peut agir sur la pression d'argon 6 afin de l'adapter aux caractéristiques géométriques de la pièce. Cette modulation de la pression de formage peut être auto- matisée et programmée en fonction des signaux reçus par l'enregistreur (et en fonction des caractéristiques de la pièce et du matériau). 7 - REVENDICATIONS 1 Dispositif de contrôle de formage superplastique d'une pièce à partir d'un flan ( 5) disposé à l'entrée d'un moule ( 1) alimenté en gaz sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de mesure ( 19, 17) du déplacement de la partie centrale du flan ( 5). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de mesure ( 19, 17) comprend un organe rigide ( 19) coulissant, dont une extrémité ( 18) s'appuie sur la partie centrale du flan ( 5), et susceptible de coulisser lorsque la partie centrale du flan ( 5) se déplace, associé a un système ( 22, 23, 31) de mesure du déplacement de l'organe. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe est un tube cylindrique creux ( 19) fermé à son extrémité ( 20) éloignée du flan et s'appuyant par l'autre extrémité,( 18) sur le flan, et coulissant de façon étanche dans un manchon cylindrique ( 21) prévu dans le fond ( 3) du moule ( 1), ce tube comportant le long d'une portion de génératrice une série de trous ( 22) suscepti- bles de passer devant un ajutage ( 23) percé dans le man- chon ( 21) et relié à une source de gaz basse pression ( 24) et à un détecteur ( 31) de chutes de pression, le tube ( 19) comportant près de son extrémité ( 18) appuyée sur le flan au moins un orifice de fuite ( 39) , et le moule ( 1) étant muni près de son fond ( 3) d'au moins un perçage ( 10) com- muniquant avec l'atmosphère, le détecteur de pression ( 31) étant relié à un enregistreur ( 17) donnant un signal ( 40) correspondant aux chutes de pression détectées lors du passage d'un trou ( 22) du tube devant l'ajutage ( 23) du manchon ( 21). 8 - 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'enregistreur ( 17) est un enregistreur à bande. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le détecteur ( 31) de chutes de pression est constitué d'un contact électrique ( 31 à 34) à tube en U contenant un liquide conducteur. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens ( 11 à 17) d'appréciation de la progression du bord de la face avant du flan ( 5) à l'intérieur du moule ( 1). 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'appréciation ( 11 à 17) consistent en des contacts électriques ( 13, 14) affleurant la paroi interne ( 2) du moule ( 1) et reliés à un enregistreur ( 17). 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend enoutre un capteur ( 28) de température du flan. 9 Dispositif selon les revendications 3 et 8, caractérisé en ce que le capteur ( 28) est un thermocouple passant à l'intérieur du tube ( 19) de mesure du déplacement de la partie centrale du flan. Procédé de contrôle du formage superplastique d'une pièce, à partir d'un flan disposé à l'entrée d'un moule alimenté en gaz sous pression, caractérisé en ce qu'on mesure le déplacement de la partie centrale du flan.