Brevet FR2525139A1 — publié le 19831021

La présente invention porte sur un procédé et un dispo- sitif de formage par frappe de pièces en forme de plaques en matières à déformation élastique et plastique, en particu- lier en utilisant des corps frappants formés de billes de diamètre approprié à la déformation par frappe, de dureté appropriée et à surface lisse, accélérés en vol et agissant sur la pièce par leur énergie cinétique en produisant un dé placement latéral de matière, une couche de liquide étant formée entre les billes et la surface de la pièce qu'elles frappent, couche de liquide par l'intermédiaire de laquelle les billes pénètrent dans la couche superficielle de la pièce. On sait depuis longtemps traiter les surfaces de piè- ces, en particulier les surfaces de métaux, par projection de particules solides pour en enlever les impuretés, par exemple les résidus de moules, de bavures, d'oxydes, etc. Les particules solides sont projetées contre la surfa- ce de pièce à traiter par un courant d'air au moyen d'un dispositif approprié, par une buse et sous une pression rela- tivement élevée Les particules solides, pour leur conduite, sont aussi incorporées au courant d'air en suspension dans un liquide, leur forme produisant, quand elles frappent la surface de pièce, un frottement qui favorise par exemple l'ébavurage, ainsi qu'un effet de choc entre elles et la sur- face. Le traitement des surfaces de pièces par un véhicule contenant des particules solides sert aussi, comme on le sait, à réaliser un durcissement des pièces par compression de la structure Pour cela, on projette contre la surface de la pièce des billes d'acier trempé, des billes de verre ou des billes de céramique en les accélérant au moyen d'un cou- rant d'air Il est également classique de frapper, pour les façonner, les surfaces de pièces du genre panneau avec des billes d'acier trempé, ces billes étant portées à la vites- se nécessaire de frappe par exemple en chute libre par un jet d'air ou par des roues centrifuges. En l'état actuel des connaissances, la déformation ob- tenue par frappe unilatérale de la surface d'une pièce du genre panneau par des corps frappants repose sur le fait que ces corps, en percutant la surface, cèdent leur énergie cinéti- que, l'énergie utile étant transformée en travail de défor- mation dans une couche superficielle de la pièce. Quand les corps frappants pénètrent dans la surface de la pièce, la matière est repoussée de côté La couche située sous la couche déformée s'oppose à une extension de la zone plastique de la couche influencée, de sorte qu'il se crée des contraintes de traction à l'intérieur de la pièce et des con- traintes de compression dans la zone influencée On obtient la déformation, (courbure) désirée de la pièce en réglant l'allongement plastique de la couche superficielle influen- cée, au moyen de paramètres du processus, par exemple de la vitesse des corps frappants. Les pièces traitées par projection de billes présentent souvent, outre la courbure produite par ce procédé, une moindre sensibilité à la corrosion fissurante sous contrain- te et une meilleure endurance. Quand on utilise le procédé connu de projection de bil- les, il faut, si l'on veut obtenir des résultats reproducti- bles, tenir compte d'une série de caractéristiques aussi bien du matériau et de la pièce que des corps frappants De telles caractéristiques sont par exemple la dimension, la dureté et la forme des corps frappants, l'intensité de pro- jection, le diamètre du jet de billes ou l'ouverture de la buse du dispositif de projection ou la distance de la buse de sortie du jet de la surface de pièce à frapper. En outre, l'absence d'endommagements superficiels tels que rayures, stries, etc lors de la pénétration des corps frappants dans la surface de la pièce est particulièrement importante, car le fond de l'entaille peut, en traversant la zone plastique, pénétrer dans la zone étirée sous-jacen- te Dans ces cas, il y a un danger de rupture par fatigue. Les corps à surface irrégulière, c'est-à-dire anguleu- se ou rugueuse, comme par exemple le sable, qui sont utilisés pour le sablage à des fins de nettoyage, ne con- viennent pas Le formage par frappe nécessite en outre des corps frappants d'une dimension minimale et d'une dureté déterminée. L'invention a pour but d'améliorer les caractéristi- ques des pièces façonnées par jet de billes, en particulier en ce qui concerne l'insensibilité à la corrosion fissuran- te sous contrainte et l'endurance. L'invention a en outre pour but d'améliorer les instal- lations de formage par jet de billes en réduisant la gêne due au bruit et à la poussière et en simplifiant l'appareil- lage tout en réduisant notablement la dépense d'énergie né- cessaire au fonctionnement des installations de formage. *L'invention atteint ces buts grâce au fait que l'accé- lération des billes est produite par le liquide, mis pour cela sous pression Dans le procédé de formage par frappe de pièces du genre panneau de l'invention, la couche de liquide formée entre les corps frappants et la surface de la pièce permet, en plus des améliorations apportées par le formage par frappe, une amélioration des caractéristiques physiques du matériau. Le liquide apporté empêche l'établissement dans la couche superficielle du matériau de températures élevées qui peuvent apparaître pendant la frappe dans la zone d'im- pact des corps frappants, par exemple à cause de la rugosi- té de la surface de la pièce, du choc oblique ou de la gira- tion des corps frappants et du frottement qui en résulte entre les corps frappants et la pièce. L'apparition de températures élevées aux points d'im- pact peut entraîner des précipitations dans la structure de la matière ou des changements de phase s'accompagnant d'ef- fets nuisibles en ce qui concerne l'endurance de la pièce ou la corrosion fissurante sous contrainte. Lors du choc de formage, en l'absence de couche de liquide, il peut apparaître des contraintes propres de traction dans la zone du fond du creux formé Ces contraintes résultent de l'entrave à l'écoulement produite par le frot- tement entre la pièce et les corps frappants pendant le choc. Le liquide utilisé dans l'invention sert donc à la fois à former la couche de liquide à la surface de la pièce à frapper et à accélérer les corps destinés à frapper cette surface On obtient, par rapport à l'action d'air comprimé sur les billes, une réduction de la vitesse d'écoulement du fluide sous pression nécessaire à l'accélération des billes, ou un raccourcissement de la distance d'accélération des billes La faible vitesse d'écoulement du liquide entraîne une économie importante d'énergie primaire. En outre, la couche de liquide, qui s'étend pendant le formage au moins sur une grande partie de la surface de la pièce, réduit beaucoup le bruit en amortissant les vibra- tions qui se produisent sur la pièce De plus, les faibles vitesses du liquide à l'intérieur du dispositif conduisent également à une réduction importante du bruit En outre, la formation de poussière possible dans le formage par jet de billes sans liquide est supprimée. Le procédé de l'invention et l'agencement du disposi- tif destiné à sa mise en oeuvre permettent de produire de façon simplifiée des buses ou des jets de formes particu- lières, par exemple des jets larges ou plats ou des jets percutants intermittents. En outre, une caractéristique de l'invention concer- nant l'agencement du dispositif destiné à sa mise en oeuvre consiste en ce que le corps du dispositif de projection de billes connu par le brevet US 23 69 576, dans lequel à l'amenée de liquide est reliéeune chambre annulaire dans laquelle entre concentriquement une tubulure d'amenée de billes, est perfectionné en ceci que l'orifice de sortie de la tubulure débouche dans l'espace intérieur du corps dans la zone d'une partie rétrécie Avec cet agencement, il se produit dans la zone de cette partie rétrécie, par l'inter- médiaire du liquide amené sous pression, un effet d'éjec- teur sur les billes introduites en chute libre par la tubu- lure, une certaine succion ayant ainsi lieu dans la tubulu- re d'amenée de billes. Un exemple de réalisation de l'agencement d'un dispo- sitif destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention est décrit ciaprès en se référant au dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une représentation schématique d'une installation de formage associée au dispositif de l'inven- tion et la figure 2 est une coupe schématisée, et à plus grande échelle que la figure 1, du dispositif de projection de billes. Comme le montre la figure 1, l'installation de forma- ge 1 comporte un récipient étanche aux liquides 2 dans le- quel sont placés le dispositif de projection de billes 9 et le dispositif associé de déplacement, les dispositifs asso- ciés de transport du liquide et des billes et le dispositif de support supportant la pièce à former. Le repère 3 indique la pièce et le repère 4 le dispo- sitif de support, qui est constitué de pieds 5 ' et d'une plaque de support 5 Au-dessus du dispositif de support 4 et de la pièce 3, est placé un rail de guidage 8 qui s'étend horizontalement sur la largeur du récipient et sur lequel est placé, mobile parallèlement à l'axe, le dispositif de projection de billes 9. Le rail de guidage 8 est lui-même monté, mobile hori zontalement et parallèlement à l'axe, sur des rails de sup- port 12 placés contre les parois latérales du récipient, de sorte que le dispositif 9 est mobile dans un système de coor- données dans un plan parallèle à la surface à travailler de la pièce. Au-dessous de la plaque de support 5 du dispositif de support 4, est prévu un plan de retour des billes 14 incli- né sur l'horizontale qui présente des perforations 14 ' pour le passage du liquide Au-dessous de ce plan 14, est en outre prévu dans le récipient 2 un plan de retour du liqui- de 15 également incliné sur l'horizontale. A l'extrémité du plan de retour des billes 14, est prévue une rigole de retour des billes 17 en forme d'enton- noir qui débouche par un orifice dans le réservoir d'un dis- positif de transport des billes 18 qui fonctionne à l'air comprimé et transporte les billes 13 Le dispositif 18 est relié en permanence par une conduite flexible 20 à un réser- voir à billes 21 du dispositif de projection 9 A l'extrémi- té du plan de retour du liquide 15, est prévue une rigole de retour du liquide 15 ' dans laquelle pénètre la tubulure d'aspiration 27 d'un dispositif de transport du liquide 26. Ce dispositif de transport 26 est relié au dispositif de projection 9 par ure conduite flexible 28. Le dispositif de projection de billes 9 représenté sur la figure 2 comporte un corps 30 associé à un élément rapporté 31 Cet élément rapporté 31 comporte un fond 32 et une partie cylindrique 33 En outre, le fond 32 porte une tu- bulure d'amenée 34 qui est placée concentriquement à la pa- roi de l'espace intérieur, désigné dans son ensemble par , du corps et débouche par son orifice de sortie 34 ' dans ledit espace intérieur 35. Par l'élément rapporté 31, le corps 30 et la tubulure d'amenée 34, l'espace intérieur du corps se divise en un espaee annulaire 35 ', une partie rétrécie 36 et une partie évasée 37 La tubulure 34 amenant les billes 13 se termine par son orifice dans la zone de la partie rétrécie 36 de l'espace intérieur 35 Le corps 30 présente à son extrémité inférieure un orifice de sortie 38 et est pourvu d'un anneau de garde 39 L'espace annulaire 35 ' communique par des trous 43 ', une chambre annulaire 42 et un orifice 43 avec un raccord 44 A ce raccord 44, est branchée la conduite flexible 28 du dispositif de transport du liquide 26 En outre, la tubulure 34 amenant les billes 13 communique par un tube de raccord 45 avec le réservoir à billes 21 Dans ce réservoir 21, débouche la conduite flexible 20 du dis- positif de transport des billes 18. Dans une forme de réalisation du dispositif, des buses sont raccordées par des bouts de tuyau flexible 28 ' au dispositif de transport du fluide sous pression 26 La cou- che de liquide 51 formée à la surface de la pièce peut l'ê- tre uniquement par ces buses 50, sans amenée de liquide par le dispositif de projection 9 L'amenée de liquide par les buses 50 peut en outre se faire conjointement avec l'amenée par le dispositif de projection de billes 9. Le dispositif décrit précédemment fonctionne de la manière suivante. Le dispositif de projection de billes 9, qui produit un jet vertical ou à peu près vertical, peut être déplacé parallèlement à la surface de la pièce au moyen du rail de guidage 8, des rails de support 12 et de dispositifs moteurs et de moyens de transmission, non représentés pour simplifier le dessin Il peut en outre être prévu un dispositif de dé- placement permettant de modifier la distance de l'orifice de sortie 38 du dispositif de projection de billes 9 à la surface de la pièce (non représentée) Pour l'opération de formage, des billes 13 sont aspirées dans leur réservoir par le dispositif de transport 18 et amenées au réservoir 21 du dispositif de projection 9 par la conduite flexible Du réservoir en forme d'entonnoir 21, les billes 13 vont en chute libre par le tube de raccord 45 dans la tubu- lure d'amenée 34 En même temps, le dispositif de transport du liquide 26 amène du liquide par la conduite flexible 28 du dispositif de projection 9 Ce liquide arrive dans la chambre annulaire 35 ' par le raccord 44, l'orifice 43, l'espace annulaire 42 et les trous 43 ' De la chambre annu- laire 35 ', le liquide, amené sous pression, va par la partie rétrécie 36 dans la partie 37 de l'espace intérieur 35 du corps, et les billes 13, sortant en chute libre de la tubu- lure d'amenée 34 à l'orifice 34 ', sont captées par le cou- rant de liquide et envoyées, accélérées, contre la surface de la pièce. Dans la zone de la partie rétrécie 36 de l'espace in- tenreur 35 du corps, se produit, par rapport à l'orifice de sortie 34 ' de la tubulure d'amenée 34, un effet d'éjec- teur qui provoque une succion dans la tubulure 34 et contri- bue à l'accélération des billes 13 La partie 37 de l'espa- ce intérieur 35 du corps sert au maintien de la pression du liquide et au guidage du jet de billes 13. Le liquide amené pour accélérer les billes 13 rencon- tre avec celles-ci la surface de la pièce et y forme une couche de liquide 51 Les billes 13, en frappant la surface 1 o de la pièce, pénètrent, avec intercalation de la couche de liquide 51, dans la couche superficielle, le frottement entre elles et la pièce 3 étant évitée ou très réduit Les billes 13, après avoir fait leur travail, arrivent sur la surface de retour 14 et, de là, vont dans la rigole de retour 17 qui sert de réservoir, d'o elles sont de nouveau aspirées par le dispositif de transport 18 pour être renvoyées au dispo- sitif de projection 9 Du fait que le plan de retour des billes incliné 14 présente des perforations 14 ', le liquide qui s'écoule de la pièce 3 et du dispositif de support 4 gagne le plan de retour 15 et, de là, va dans la rigole de retour 15 ' servant de réservoir pour être réaspiré par le dispositif de transport 26. Le dispositif de transport du liquide 26 peut être réglable, en ce qui concerne la pression qu'il produit, afin qu'on puisse faire varier la force d'action sur les billes 13 dans le dispositif de projection 9 en fonction des para- mètres de la pièce, de la vitesse de déplacement du dispo- sitif 9 et de la distance de l'orifice de sortie 38 à la surface de la pièce. Revendications 1 Procédé et dispositif de formage par frappe de pièces en forme de plaque en matériaux à déformation élasti- que et plastique, en particulier en utilisant des corps frappants formés de billes de diamètre approprié à la dé- formation par frappe, de dureté appropriée et à surface lisse, accélérés en vol et agissant sur la pièce par leur énergie cinétique en produisant un déplacement local de ma- tière, une couche de liquide étant formée entre les billes et la surface de la pièce qu'elles frappent, couche de li- quide par l'intermédiaire de laquelle les billes pénètrent dans la couche superficielle de la pièce, caractérisés par le fait que l'accélération des billes ( 13) est produite par le liquide, mis pour cela sous pression. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour la formation de la couche de liquide ( 51), le liquide est amené à la surface de la pièce directement par des buses ( 50) ou par le dispositif de projection de billes ( 9) ou par les deux. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, ca- ractétisé par le fait que pendant l'opération de formage, la couche de liquide ( 51) couvre toute, ou presque toute, la surface de la pièce travaillée. 4 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini dans l'une des revendications 1 à 3, dans lequel, dans le corps du dispositif de projection de billes, est formée une chambre annulaire reliée à l'amenée de liquide, dans laquelle entre concentriquement une tubulure d'amenée de billes, ca- ractérisé par le fait que l'orifice de sortie ( 34 ') de la tubulure ( 34) débouche dans l'espace intérieur ( 35, 37) du corps dans la zone d'une partie rétrécie ( 36). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la tubulure ( 34) amenant les billes ( 13) en chute libre est placée verticalement ou à peu près vertica- lement. 6 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la pièce ( 3) et le dispositif de support de celle-ci ( 4) sont placés dans un récipient ( 2) étanche aux liquides. 7 Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait qu'au-dessous de la pièce ( 3), est prévu dans le récipient ( 2) un plan de retour des billes ( 14), incliné sur l'horizontale et pourvu d'une perforation ( 14 ') pour le passage du liquide, qui conduit à un disposi- tif de transport des billes ( 18). 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'audessous du plan de retour des billes ( 14), est prévu un plan de retour du liquide ( 15) incliné sur l'horizontale