Brevet FR2533471A1 — publié le 19840330

- La présente invention se rapporte à un procédé pour l'emboutissage profond de tôles dans une matrice au moyen d'un poinçon et dans lequel on maintient la tôle appliquée contre la matrice avec un organe de serrage entourant le point d'emboutissage, et vise en outre un dispositif pour la mise-en oeuvre de ce procédé. Un tel procédé est déjà couramment utilisé Dans la pratique, l'organe de serrage fait office de serre-flanc pour la tôle que l'on emboutit profond à l'état froid au moyen du poinçon On-peut par ailleurs régler la force avec laquelle l'organe de serrage faisant office de serre-flanc est appliquée contre la matrice, de façon qu'elle soit suf- fisamment élevée pour plastifier la tôle au'point d'embou- tissage et améliorer ainsi son usinabilité. Avec ce procédé usuel on ne peut toutefois pas obte- nir un emboutissage exempt de fissures, en particulier si l'on veut réaliser des emboutissages relativement importants. Pour l'emboutissage profond de tôles, la présente invention a par conséquent pour objet de mettre au point un - procédé permettant d'obtenir des emboutissages de relative- ment grandes dimensions sans formation de fissures dans la tôle. Avec un procédé du type précité, ce résultat est at- teint selon l'invention par le fait que l'on chauffe le point d'emboutissage de la tôle à emboutir profond. La tôle au point d'emboutissage est par conséquent localement chauffée à une température à laquelle elle est facilement déformable, ce qui permet d'exclure la formation de fissures pendant l'emboutissage, et ce, même en cas d'em- boutissage de grandes dimensions Avec le procédé selon l'invention, il est possible d'effectuer des emboutissages profonds exempts de fissures, pratiquement indépendamment de la qualité de la tôle à usiner Comme la tôle n'a besoin -2- d'être chauffée que localement et qu'un court instant, on peut en outre éviter une oxydation de la tôle en présence -de l'air et un échauffement de l'outil d'emboutissage. Il est avantageux que la tôle, au centre du point d'emboutissage, soit insérée entre le poinçon d'emboutis- sage, d'un côté, et un poinçon antagoniste, de l'autre côté, et que le point d'emboutissage de la tôle à emboutir soit chauffé par un courant électrique qui circule entre le poinçon d'emboutissage et/ou le poinçon antagoniste, d'une part, et la matrice et/ou l'organe de serrage, d'au- tre part, et traverse le point d'emboutissage de la tôle. Un dispositif pour la mise en òuvre du procédé se- lon l'invention est avantageusement caractérisé par le fait qu'un poinçon antagoniste opposé au poinçon d'embou- tissage traverse une matrice à laquelle sont associés un organe de serrage maintenant la tôle et un poinçon d'em- *boutissage traversant cet organe de serrage, que le poin- çon d'emboutissage et le poinçon antagoniste sont électri- quement isolés, d'une part, par rapport à la matrice et, d'autre part, à l'organe de serrage, et qu'une source de courant électrique peut être raccordée au poinçon d'embou- tissage et/ou au poinçon antagoniste, d'une part, et à la matrice et/ou à l'organe de serrage,-d'autre part. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des- cription de modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel Za figure 1 représente, en coupe longitudinale et fortement schématisé, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; 1 a figure 2 représente, en coupe, une tôle embou- tie avec le procédé selon l'invention; 1 a figure 3 représente un autre dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 1 représente une matrice d'emboutissage 2 -3- qui est façonnée d'une seule pièce dans un socle métallique 3, par exemple en acier La matrice 2 comporte un axe ver- tical 4 A cette matrice est associé un poinçon d'embou- tissage 5 de forme cylindrique allongée-en métal, par exem- ple en acier, qui est coaxial à la matrice d'emboutissage 2 et déplaçable dans le sens de son axe longitudinal Ce poinçon 5 traverse un organe de serrage annulaire 6 en mo- lybdène qui est aussi disposé coaxialement à la matrice 2. Dans une traversée 3 a, coaxiale à la matrice 2, du socle métallique 3, est installé un poinçon antagoniste 7 qui, constitué par un cylindre allongé en molybdène et co- axial à la matrice, peut également se déplacer dans le sens de son axe longitudinal Le poinçon antagoniste 7, est isolé électriquement par rapport au socle métallique 3 par une douille 8 en matériau isolant, par exemple en ma- tériau céramique, engagée dans la traversée 3 a De la même façon, le poinçon 5 est électriquement isolé par rapport à l'organe de serrage 6 et au socle métallique 3 avec la ma- trice 2 Le déplacement du poinçon antagoniste 7 en direc- tion du poinçon 5 est limité par une bride 7 a dont il est doté et par laquelle il vient buter sur la face externe de la douille 8 qui est elle-même assurée contre toute possibi- lité de déplacement en direction du poinçon 5 par une bride 8 a qui est noyée dans le socle métallique 3. L'enroulement secondaire d'un transformateur 9 est relié à une ligne de raccordement allant au poinçon 5 par un interrupteur 10 et à l'autre ligne de raccordement allant au socle métallique 3 de la matrice d'emboutissage 2. Le poinçon 5 et le poinçon antagoniste 7 qui lui est associé peuvent être respectivement actionnés dans le sens de leurs axes longitudinaux, par exemple par des vérins pneumatiques non représentés Les deux vérins pneumatiques sont rigidement fixés au même support, également non repré- senté, sur lequel est aussi fixé le socle métallique 3. L'un des vérins pneumatiques applique sur le poinçon 5 dans -4- le sens de l'axe longitudinal de ce dernier une force F 5 dirigée vers le poinçon antagoniste, et l'autre vérin pneu- matique applique sur le poinçon antagoniste 7 une force op- posée F 7 dirigée dans le sens de l'axe longitudinal de ce dernier. On insère une tôle 11 de 0,55 mm d'épaisseur réali- sée en un alliage de zirconium-étain (Zircaloy) entre une surface frontale plate 2 a de la matrice 2 et une surface d'appui 6 a également plate de l'organe de serrage annulaire 6, et, à l'aide d'un dispositif de commande non représenté agissant sur l'organe de serrage avec une force F 6 perpen- diculaire à la surface frontale 2 a et à la surface d'appui 6 a, on la serre contre la matrice en établissant un contact électrique par pression entre cette surface frontale 2 a de la matrice 2 et la tôle 11 Au centre du point d'emboutis- sage lia, on comprime ensuite le poinçon 5 avec la force F 5 sur la tôle 11, tandis que simultanément on comprime le poinçon antagoniste 7 muni de la bride 7 a avec la force (F 7-F 5) sur la douille 8 La force F 7 appliquée sur le poin- çon antagoniste 7 est tout d'abord supérieure à la force F 5 appliquée sur le poinçon d'emboutissage 5 Il s'établit ainsi un excellent contact électrique par pression entre la surface de contact 5 a de la face frontale du poinçon 5 et la tôle 11 On évite en même temps aussi un emboutis- sage à froit de la tôle 11 au point d'emboutissage lia dans la matrice 2. On ferme ensuite un court instant l'interrupteur 10, et le point d'emboutissage lia de la tôle 11 est chauffé par un courant électrique qui, régulièrement réparti entre la surface de contact 5 a du poinçon 5 avec la tôle 11 et la surface de contact frontale 2 a de la matrice 2 avec la tôle 11, traverse la tôle 11 et la chauffe régulièrement. Après ouverture de l'interrupteur 10, on diminue la force F 7 et/ou on augmente la force F 5 de façon que la tôle 11 soit emboutie dans la matrice 2 au niveau du point d'embou- -5- tissage lia encore chaud Si nécessaire, on peut également effectuer cet emboutissage au point lia avec l'interrupteur fermé, c'est-à-dire avec chauffage continu de la tôle 11 traversée par le courant électrique Pour finir, on ob- tient au niveau du point d'emboutissage lia le bouton llb représenté sur la figure 2. Le dispositif selon la figure 3, dans lequel les mêmes éléments portent les mêmes références que sur la fi- gure 1, comprend également une matrice d'emboutissage à axe vertical 4, mais cette matrice est toutefois réalisée ici en un matériau électriquement non conducteur, par exem- ple en un matériau céramique Un organe de serrage annulai- re 6 en matériau céramique ou encore en métal, par exemple en molybdène, est aussi disposé coaxialement à la matrice d'emboutissage 2 La matrice d'emboutissage 2 et l'organe de serrage 6 comportent sur leurs faces frontales opposées des surfaces d'appui plates 2 a, 6 a entre lesquelles est insérée la tôle 11 en un alliage zirconium-étain A la ma- trice 2 est ici aussi associé un poinçon métallique 5 de forme cylindrique allongée, par exemple en acier, qui est muni d'un vérin pneumatique, non représenté, et dont l'axe longitudinal est disposé coaxialement à la matrice d'embou- tissage 2 et à l'organe de serrage 6 à travers lequel il peut se déplacer dans le sens de son axe longitudinal. En ce qui concerne sa structure et son fonctionnement, le dispositif selon la figure 3 diffère de celui de la fi- gure 1 par le fait que dans la matrice 2 et coaxialement à celle-ci est disposée une bobine d'induction 12 dont les fils électriques 13 traversent la matrice 2 et sont raccor- dés par l'intermédiaire d'un interrupteur 14 à un généra- teur haute fréquence 15 A son extrémité tournée vers l'or- gane de serrage 6, la bobine 12 comporte un concentrateur 16 en forme de tronc de cône, qui est constitué par une tôle électriquement conductrice, par exemple en cuivre, et est muni d'une fente de séparation continue 17 dans le sens -6- axial Le poinçon d'emboutissage 5 est doté d'une tige transversale 18 qui, lors de l'emboutissage de la tôle 11, vient buter sur l'organe de serrage annulaire 6 et permet de respecter ainsi une profondeur d'emboutissage détermi- née. Dans le dispositif selon la figure 3, le point d'em- boutissage lia de la tôle 11 est chauffé à l'aide d'un champ électromagnétique haute fréquence qui, après une brè- ve fermeture de l'interrupteur 14, est produit par la bo- bine d'induction 12 et englobe le point d'emboutissage lia de la tôle 11. Après l'ouverture de l'interrupteur 14, le poinçon d'emboutissage 5 est déplacé dans le sens axial par une force F 5 en direction de la matrice 2 et forme au niveau du point d'emboutissage lia de la tôle 11 un bouton sans fis- sure correspondant au bouton 11 b de la figure 2. Dans la tôle précitée de 0,55 mm d'épaisseur en un alliage zirconiumétain, on a pu de cette façon réaliser des boutons llb sans fissures d'une profondeur de 1,6 mm et un diamètre de base de 5,5 mm De telles tôles munies de boutons 11 b sont utilisées pour la fabrication de pièces d'espacement dans les éléments combustibles de réacteurs nucléaires, les barreaux combustibles venant s'appliquer extérieurement sur ces boutons. -'i -7- REVEND ICATIONS 1. Procédé pour l'emboutissage profond de tôles dans une matrice au moyen d'un poinçon et dans lequel on maintient la tôle appliquée contre la matrice avec un or- gane de serrage entourant le point d'emboutissage, caracté- risé par le fait que l'on chauffe le point d'emboutissage (lia) de la tôle ( 11) à emboutir profond. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la tôle ( 11), au centre du point d'emboutis- sage (lia), est insérée entre le poinçon d'emboutissage ( 5), d'un côté, et un poinçon antagoniste ( 7), de l'autre côté, et que le point d'emboutissage ( chauffé par un courant électrique qui circule entre le poin- çon d'emboutissage ( 5) et/ou le poinçon antagoniste ( 7), d'une part, et la matrice ( 2) et/ou l'organe de serrage ( 6), d'autre part, et traverse le point d'emboutissage (lia) de la tôle ( 11). 3. Procédé selon la revendication 1 i caractérisé par le fait que le point d'emboutissage (lia) est chauffé à l'aide d'un champ électromagnétique haute fréquence qui est produit par une bobine d'induction ( 12). 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un poinçon antagoniste ( 7) opposé au poinçon d'emboutissage ( 5) traverse une matrice ( 2) à laquelle sont associés un organe de serrage ( 6) maintenant la tôle ( 11) et un poinçon d'emboutissage ( 5) traversant cet organe de serrage ( 6), que le poinçon d'emboutissage ( 5) et le poinçon antagoniste ( 7) sont électriquement isolés, d'une part, par rapport à la matrice ( 2) et, d'autre part, à l'organe de serrage, et qu'une source de courant électrique ( 9) peut être raccordée au poinçon d'emboutissage ( 5) et/ou au poinçon antagoniste ( 7), d'une part, et à la matrice ( 2) et/ou à l'organe de serrage ( 6), d'autre part. 5 Dispositif pour la mise en òuvre d'un procédé 8 - selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'une bobine d'induction ( 12) est disposée dans une matrice d'em- boutissage ( 2) à laquelle sont associés un organe de ser- rage ( 6) pour le maintien de la tôle ( 11) et un poinçon d'emboutissage ( 5) traversant l'organe de serrage ( 6).