Brevet FR2531639A1 — publié le 19840217

La présente invention concerne une tôle de construction et un procédé de formage d'une telle tôle, et plus particulièrement une tôle de construction con- venant pour être utilisée en tant que tôle extérieure d'une construction monocoque (construction de carcasse ou de carrosserie en tôle placée sous contrainte super- ficielle), telle qu'une carrosserie de véhicule ferro- viaire comportant une feuille ou tôle extérieure pré- contrainte de manière à provoquer un accroissement de la résistance de ladite tôle au flambement. En se référant maintenant à la figure 1, annexée à la présente demande, illustrant l'art anté- rieur, on voit qu'une structure générale 1 de véhicu- le ferroviaire comporte des éléments auxquels on don- ne une faible épaisseur de manière à alléger le véhi- cule, et qui sont disposés de manière à obtenir une réduction du nombre des éléments requis Par consé- quent on adopte une structure monocoque, dans laquel- le la tôle extérieure constitue un organe rigidifié important A ce sujet, lorsqu'une charge est placée sur la structure 1, il se produit un fléchissement h et il se produit un flambement 6 dans la tôle exté- rieure, comme représenté sur la figure 1. C'est pourquoi, la tôle extérieure est en général précontrainte de manière que tout flambement soit empêché Un procédé de précontrainte classique consiste à soumettre la tôle extérieure à une opéra- tion de chauffage et trempe locale après l'assemblage de la structure Un autre procédé classique consiste à précontraindre la tôle extérieure en exerçant une traction sur cette dernière lorsqu'elle est fixée au câble ou en réalisant une extension de la tôle exté- rieure par chauffage et en la fixant au cadre Cepen- dant, le procédé de chauffage et de trempe locale pré- sente un aspect de fini peu esthétique et accroit de façon défavorable le nombre des phases opératoires D'au- tre part, l'autre procédé requiert malheureusement un ap- pareillage pour usage spéciaux et accroit également de façon nuisible le nombre des phases opératoires. C'est pourquoi un but de la présente inven- tion est de fournir une tale de construction ne présen- tant aucun risque de déformation et qui présente un fi- ni d'exécution excellent. Un autre but de l'invention est de faciliter la mise en précontrainte d'une tôle de construction tel- le que la tôle extérieure mentionnée ci-dessus. A cette fin, conformément à un aspect de la présente invention, il est prévu une tôle de construc- tion réalisée par une tôle munie de moulures ou nervu- res au moyen d'une opération de traitement ou de défor- mation plastique de manière à précontraindre la tôle à un degré nécessaire avant que cette dernière soit fixée à un cadre. En outre, conformément à un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de formage d'une tôle de construction, caractérisé en ce que l'on réali- se un traitement ou façonnage plastique de telle maniè- re que la tôle de construction soit munie d'une partie en forme de moulure ou nervure, tout en étant précon- trainte. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: la figure 1 représente l'aspect extérieur d'une structure générale de véhicule ferroviaire; la figure 2 représente l'aspect extérieur d'une structure de véhicule ferroviaire comportant des panneaux réalisés en une tôle de construction, confor- mément à la présente invention; la figure 3 est une vue en coupe prise sui- vant la ligne III-III sur la figure 2; les figures 4 A et 4 B sont respectivement une vue en élévation de face d'une tôle externe conforme à la présente invention et une vue en coupe prise suivant la ligne IV-IV sur la figure 4 A; - la figure 5 est un schéma illustrant la dis- tribution des contraintes résiduelles dans la tôle ex- terne représentée sur la figure 4 B 7 les figures 6 et 7 correspondent respective- ment à une vue en élévation de face et une vue en éléva- tion latérale d'une matrice classique à grignoter utili- sée habituellement lors de la formation d'une nervure ou moulure; et les figures 8 et 9 sont respectivement une vue en élévation de face et une vue en élévation laté- rale en coupe montrant la manière dont une nervure est formée au moyen d'un procédé de formage de nervures, conforme à la présente invention. On va donner ci-après la description des for- mes de réalisation préférées de l'invention. Une forme de réalisation d'une tâle de cons- truction conforme à la présente invention va être décri- te ci-après prise en référence aux figures 2 à 5 Comme représenté sur la figure 2, une tôle externe 2 pour un véhicule ferroviaire comporte un panneau possédant une -taille inférieure à celle de la tôle externe 2, lorsque l'on prend en compte la construction de la structure et le travail de façonnage ou de déformation plastique nécessaire à cet effet, ledit panneau possédant une longueur comprise entre 2000 et 6500 millimètres, une largeur comprise entre 600 et 1000 millimètres et une épaisseur comprise entre 1,2 et 1,5 millimètre et est constitué en acier inoxydable portant la désignation commerciale AISI 301. Ci-après on va décrire la tôle extérieure 2 La tôle extérieure 2 est fixée à des éléments for- mant cadre 4, 5, 6 au moyen-d'un soudage par points, comme représenté sur la figure 3 La t 6 le extérieure est conformée de manière à posséder des parties en for- me de mouluresou nervures possédant chacune une hauteur (h) de 8 mm, un rayon (R 1) de courbure de 5 mm à leur extrémité supérieure et un autre rayon (R 2) de courbu- re de 10 mm au niveau des pieds ou parties inférieures de la partie en forme de nervure, comme cela est visi ble sur les figures 4 A, 4 B, ce qui est obtenu en soumet- tant une tôle plate à un traitement de façonnage ou de déformation plastique, les deux parties en forme de ner- vure étant réciproquement distantes d'une distance ( 5) comprise entre 150 et 200 mm La tôle extérieure 2 ain- si conformée, possède une distribution interne des con- traintes telle que représentée sur la figure 5 Des con- traintes de compression sont produites dans les parties en forme de nervures 3 et au voisinage de ces parties, tandis que des contraintes de traction sont produites dans les parties de tales plates En d'autres termes, une partie possédant une résistance élevée à flexion est soumise à une force de compression, tandis qu'une partie possédant une faible résistance à la flexion est soumise à une force de traction Par conséquent, lorsque la tôle extérieure 2 est soudée par points aux éléments formant cadre 4, 5, 6 de manière à former une structure, il est possible d'empêcher l'apparition d'un flambement des parties en tale plates qui sinon provoquerait l'ap- parition-de parties concaves et convexes. C'est-à-dire que lors de la compression du panneau comportant des nervures à partir de ces extré- mités, lesdites nervures peuvent supporter la contrain- te tandis qu'une partie plate du panneau peut aisément faire l'objet d'un flambement Afin d'empêcher le flam- bement de se produire dans la partie plate, on introduit des contraintes de traction résiduelles dans la partie plate du panneau, comme cela est représenté sur la fi- gure 5. Chaque panneau de la tôle extérieure 2 est fabriqué par exemple par dressage d'une tôle plate en vue de former des nervures dans cette tôle Lors de la formation des nervures, chaque partie formant nervure 3 est fortement pressée, ce qui entraine l'apparition, dans une telle partie formant nervure, d'une contrainte de compression plusieurs fois supérieure à la limite de résistance ou à la résistance d'essai du matériau, de telle sorte que la contrainte résiduelle présente après la formation des nervures devient la contrainte de com- pression. Dans le cas de la conformation du panneau au moyen d'une pression, le procédé le plus général consiste à utiliser une matrice possédant les dimen- sions suffisamment larges pour former d'un seul coup l'ensemble d'une nervure Cependant, dans le cas o l'on ne dispose pas d'une telle presse possédant de larges dimensions ou bien dans le cas o lon désire faire l'économie du coût de l'outillage pour une pro- duction de petite série, on dispose d'un procédé con- sistant à utiliser une matrice de formage de petites dimensions et à l'aide de laquelle le formage local est répété successivement jusqu'à ce que l'on forme une nervure possédant une longueur prédéterminée Dans le cas d'un tel procédé pratique, on utilise une matri- ce de formage classique telle que représentée sur les figures 6 et 7 Sur les dessins, la référence 7 dési- gne un élément de matrice supérieur, et les références 8, 9 et 10 désignent un poinçon, un élément de matrice inférieur et un ressort Dans le cas de l'utilisation d'une telle matrice de formage, on fait avancer la tôle extérieure 2 avec un pas d'avance non supérieur à quel- ques millimètres de manière à répéter successivement le formage de la presse jusqu'à obtenir une nervure possé- dant une longueur prédéterminée Ce procédé classique présentait l'inconvénient suivant selon lequel, lors- qu'une nervure était formée, des parties de tôles pla- tes, des deux côtés de la nervure étaient étirées, ce qui entraînait de façon nuisible l'apparition de tor- sions dans le panneau Conformément au procédé de forma- ge selon la présente invention, on forme par conséquent une nervure tout en empêchant un étirage du panneau au moyen des éléments supérieur et inférieur de matrice. On va expliciter ci-après, en référence aux figures 8 et 9, un mode d'exécution du procédé de forma- ge conforme à l'invention Un élément de matrice supérieur il et un élément de matrice inférieur 12, tous deux constitués par un alliage possédant la désignation SKS 11, sont fixés respectivement à des sommiers ou mon- tants 14 et 15 d'une presse Le panneau constitué par la tôle extérieure 2 est saisi par les éléments de matri- ce supérieur et inférieur 11 et 12 possédant tous deux une longueur de 400 mm et une largeur de 280 mm à par- tir des côtés supérieur et inférieur respectivement, et est pressé de manière à être maintenu en position par les montants 14 et 15 La force de pression (P) dans ce cas devrait être suffisamment importante pour empê- cher totalement le panneau constitué par la tôle exté- rieure 2 d'être étiré pendant la formation de la nervu- re, et ce au moyen à la fois de la force de frottement (f p) entré l'élément de matrice supérieur 11 et la surface supérieure du panneau et la force de frotte- ment (f p) entre l'élément de matrice inférieur 12 et la surface inférieure du panneau constituée par la ta- le extérieure 12 (f étant le coefficient de frottement). En d'autres termes, le panneau formé par la tôle exté- -7 rieure 2 est pressé en étant emprisonné ou contraint avec une force de frottement ( 2 p f) supérieure à la résistance à la traction (a B) dudit matériau, c'est-à- dire que l'on a P > a B/21 Ensuite, un poinçon 13 est repoussé selon un mouvement ascendant au moyen d'une tige de vérin 16 comme cela est représenté, de maniè- re à former une nervure possédant une largeur d'envi- ron 47 mm et de manière à presser fortement la partie formant nervure de manière que la contrainte résiduel- le après la déformation sera une contrainte de compres- sion Une fois achevée la formation de la nervure, la tige 16 du vérin est abaissée, de manière à rétracter le poinçon 13 possédant une longueur 17 égale à envi- ron 260 mm, et la force de pressage ou de serrage s'exerçant sur l'élément de matrice supérieur 11 est relâchée de manière à permettre le relèvement de-l'élé- ment de matrice supérieur 11 Ensuite, on fait avancer la tble extérieure 2 avec une avance deux à cinq fois supérieure à la largeur 18 de la nervure, de manière à répéter le processus de formation de la nervure. Ainsi, le panneau formé par la tôle extérieure 2 est façonné de telle manière qu'une nervure possédant une longueur prédéterminée peut être formée dans ce panneau. Il a été prouvé, à partir des résultats d'ex- périmentation, qu'il est possible d'obtenir un excellent aspect présentant une faible inégalité de surface à la surface de la nervure, si l'on utilise un poinçon dont la longueur 17 n'est pas moins de cinq fois supérieure à la largeur 18 de la nervure, qui'est égale à environ 47 mm En outre, compte tenu de la nécessité d'utili- ser une presse possédant une force élevée de pressage, il est possible de choisir un poinçon dont la longueur 17 soit égale à environ 20 fois la largeur 18 de la nervure. Conformément à la présente invention, la tôle de construction peut être aisément précontrainte au taux nécessaire de telle sorte qu'il n'existe aucun risque de flambement, et le fini de surface de la tôle peut être amélioré avantageusement du point de vue exécution. Bien que l'invention ait été décrite selon certains aspects spécifiquesil faut noter ici que les formes de réalisation décrites ne sont pas exclusives et que l'on peut y apporter différentes modifications et différents changements sans sortir pour autant du cadre de l'invention. 2 531 640 82 14076 AUCUNE DEMANDE N'EST PUBLIEE SOUS CE NUMERO REVENDICATIONS 1 Tôle de construction ( 2) caractérisée en ce qu'elle comporte une partie formant nervure ( 3) et une autre partie précontrainte par un traitement de dé- formation plastique. 2 Tôle de construction selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que lesdites autres parties de la tôle ( 2) possédant une faible résistance à la flexion sont précontraintes en traction, tandis que des parties formant nervures ( 3) de la tôle et possé- dant une résistance élevée à la flexion sont précompri- mees. 3 Tôle de construction selon la revendica- tion 1, caractériséeen ce que le formage de ladite to- le ( 2) est réalisé au moyen d'une opération de déforma- tion plastique, tandis que des deux côtés, le matériau constituant ladite tôle est pressé de manière à être maintenu en position, et qu'une déformation locale du- dit matériau au moyen d'une presse ( 11,13) est, répétée de façon successive. 4 Procédé de formation d'une tôle de cons- truction ( 2), caractérisé en ce qu'il inclut une phase opératoire de déformation plastique d'un matériau ( 2) de telle manière que ledit matériau est pourvu d'une partie formant nervure ( 3) tandis qu'une autre partie est précontrainte en traction. Procédé de formation d'une tôle de cons- truction ( 2) selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite partie formant nervure ( 3) est pressée de ma- nière à y faire apparaître une contrainte de compression plusieurs fois supérieure à la résistance limite du ma- tériau ou à la résistance d'essai dudit matériau. 6 Procédé de formation d'une tôle de cons- truction ( 2) selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que des parties plates de la tôle ( 2) ménagées des deux côtés d'une nervure ( 3) pou- vant être formée, sont pressées de manière à ne pas être soumises à un étirage plastique lors de la formation de ladite nervure, et qu'une opération de déformation loca- le moyennant l'utilisation d'une presse est répétée de façon successive jusqu'à ce que la partie en forme de nervure ( 3) soit formée. 7 Procédé de formage d'une tôle de construc- tion ( 2) selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites parties plates de la tôle ( 2) sont pressées de manière à être maintenues en position par une force de - frottement supérieure à la résistance à la traction du matériau de la tôle.